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Croissance confinée de nanofils/nanotubes métalliques : élaboration et intégration dans les cathodes des PEMFC

Mardi 13 décembre 2016 14:00 - Duree : 2 heures
Lieu : Salle Chrome 1, Maison Minatec

Orateur : Soutenance de Thèse de Olivier MARCONOT

Résumé :

Le développement à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est limité par la quantité importante de platine nécessaire à leur fonctionnement (catalyseur présent dans les électrodes de ces dispositifs) ainsi que par la durabilité encore insuffisante de ces dispositifs. Les électrodes conventionnelles développées dans l’industrie sont composées de nanoparticules de platine supportées par des nanoparticules de carbone (Pt/C). Ces électrodes présentent l’avantage de pouvoir être produites à grande échelle et à un moindre coût. L’objectif de cette thèse est de proposer, d’élaborer et de tester en PEMFC une nouvelle structure de catalyseur autosupportée pour diminuer le chargement en platine dans les électrodes tout en améliorant leur durabilité. Pour atteindre cet objectif, des procédés de dépôts (électrochimiques ou physiques) de platine (pur ou alliages) utilisant un moule d’alumine nanoporeuse sont développés afin d’obtenir des nanotubes de catalyseur verticaux. Le moule utilisé est élaboré par oxydation électrochimique d’aluminium et permet une grande variété de géométries ainsi qu’une grande reproductibilité. Les électrodes ainsi élaborées présentent un chargement de 130μgPt/cm² (contre 400μgPt/cm² pour les cathodes standards). Afin d’analyser les performances en PEMFC de telles électrodes, il est tout d’abord nécessaire de comprendre le fonctionnement des électrodes standards Pt/C. Ainsi, une partie de ces travaux de thèse a été consacrée à la caractérisation de ces électrodes avec des chargements en catalyseur variables et au développement d’une méthode permettant de quantifier l’origine des différentes surtensions permettant d’expliquer les performances mesurées. La quantification de la résistance de déplacement des protons internes aux couches actives permet de calculer les pertes de transport de protons, les pertes de transport d’oxygène ainsi que les pertes cinétiques de la réaction de réduction de l’oxygène pour chaque condition opératoire et chaque type d’électrode. Nous avons ainsi montré que les performances des PEMFCs peuvent-être considérablement améliorées en réduisant les pertes de transport de réactifs (des protons et de l’oxygène). Les performances des électrodes à base de nanotubes de platine ont été mesurées en fonctionnement réel pour être analysées grâce à la méthode développée dans ces travaux. Ces analyses et les essais de durabilité en tests accélérés permettent de conclure sur l’intérêt et les limitations de ces nanostructures par rapport aux électrodes conventionnelles.

Contact : denis.buttard@cea.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (INAC)
Nature évènement : (Soutenance de thèse)
Site de l'évènement : Site Minatec

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