Vers des catalyseurs cœur coquille pour une durabilité accrue
Vers des catalyseurs cœur coquille pour une durabilité accrue
Le projet PEMFC95 a pour objectif de concevoir, fabriquer et valider des PEMFC capables de fonctionner durablement à 95°C. La dissolution et l’agglomération du platine sont deux mécanismes de dégradation majeurs des catalyseurs Pt(M)/C usuels. Comme la cinétique de ces dégradations est thermiquement activée, il est nécessaire de concevoir des catalyseurs plus robustes. Dans le projet PEMFC95, le LEPMI et le CEA-LITEN, étudient une classe particulière de catalyseurs, pour lesquels les nanoparticules actives (supportées sur substrat carbone) sont protégées par une coquille carbone, qui doit ralentir les dégradations.
Une coquille protectrice de carbone poreuse pour les réactifs et barrière contre les dégradations
Cette coquille carbone joue le rôle de barrière limitant la dissolution des métaux actifs et de frein à la migration (diffusion superficielle) des nanoparticules métalliques sur le support carbone. Cependant, elle doit aussi permettre l’accès des réactifs (pour la réduction de l’oxygène à la cathode d’une PEMFC, il s’agit des protons et des molécules de dioxygène) et l’évacuation des produits (l’eau). En fonction de la nature initiale de la coquille carbone, une activation (qui peut être chimique ou électrochimique) peut s’avérer nécessaire.
Les résultats obtenus par le LEPMI et le CEA-LITEN montrent que la stratégie est couronnée de succès, tant avec des catalyseurs à base Pd pour l’oxydation (alcaline) de l’hydrogène, que pour des catalyseurs à base Pt pour la réduction (acide) de l’oxygène. Dans les deux cas, les catalyseurs activés sont (après activation) plus actifs que les catalyseurs identiques sans coquille carbone, et surtout, ils maintiennent cette activité sur des durées plus longues.
NB : ces travaux ont été financés par le plan « France 2030 » opéré par l’ANR (projet PEMFC95, ANR-22-PEHY-0005) et par le projet Européen EIT Raw Materials ALPE (EIT/RAW MATERIALS/SGA2020/1).
Références
