Synthèse et caractérisation de matériaux électrocatalytiques pour l'activation de la molécule d'eau : application dans une anode d'électrolyseur de type PEM
Institution:
PoitiersDisciplines:
Abstract EN:
The development of clean energy systems as fuel cells is one of the main challenges in the energy conversion and storage. The production of fuels as hydrogen by water electrolysis requires the development of efficient anode materials in order to decrease the high overpotential observed and the cost related to this technology. Anode oxide materials based on Ru, Ir and/or a third non noble metal are synthesized by Pechini-Adams and Polyol methods. The physico-chemical characterizations have confirmed the formation of oxide structure and their high specific surface area. Among the different compositions of bimetallic RuxIr1-xO2 materials studied, the sample Ru0. 9Ir0. 1 has presented the highest electrocatalytic activity with a long-term durability. The addition of the oxide of a third metal such as tantalum, titanium, tin and niobium has permitted to decrease the Ru and Ir contents but also to enhance the performance of the bimetallic electrocatalysts. The anode electrocatalysts synthesized to promote the water oxidation reaction were optimized and used for long-term durability tests in single 5 and 25 cm2 PEM electrolyzer cells over 1200 hours.
Abstract FR:
Le stockage et la conversion d'énergie sont un défi scientifique majeur qui nécessite le développement de systèmes propres comme les piles à combustible. La production d'un combustible comme l'hydrogène par l'électrolyse de l'eau nécessite le développement de matériaux d'anode performants et efficaces pour diminuer les fortes surtensions observées et surtout les coûts liés à cette technologie. Ainsi des nanomatériaux d'anode à base d'oxydes de ruthénium, d'iridium et/ou d'un troisième métal non noble ont été synthétisés par deux méthodes qui sont, la méthode Pechini-Adams et la méthode polyol. Les caractérisations physico-chimiques prouvent l'existence d'oxydes métalliques et de grande surface spécifique, puis confirment la morphologie nanométrique et hétérogène des matériaux. Parmi les différentes compositions de nanomatériaux bimétalliques RuxIr1-xO2 synthétisées et étudiées, celle contenant x = 0,9 présente une bonne activité électrocatalytique pour l’activation de la réaction d'oxydation de l’eau. L'ajout d'un troisième métal comme le tantale, le titane, le niobium et l'étain a été bénéfique et montre que l'activité électrocatalytique peut être améliorée en diminuant la teneur en Ru et/ou en Ir. Ces nanomatériaux ont été optimisés et utilisés dans des électrolyseurs type PEM de 5 cm2 et de 25 cm2 de surface pour des tests de longue durée de plus de 1200 heures.