Étude d'électrocatalyseurs pour PEMFC en couche mince
Institution:
PoitiersDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Micro Fuel Cells are an important challenge for nomadic systems supplying. The aim of this PhD is the study of the cathode. Actually in such hydrogen fuel cell the anode is not the limiting element. First study allows evaluating impact of three different syntheses on the electrochemical activity of a Pt/C catalyst. However cost, performance and durability of the catalyst incite to use an other catalyst. Preliminary study shows that PtCo/C must be a good catalyst for a PEMFC cathode. The use of different syntheses allows to identify cobalt effects but also to put obviousness the link between material, synthesis, structure and catalytic activity. In a first step, catalyst support has been studied. A modification of the support can be useful, not only to adapt the catalytic powder to the deposition process but also to add functions on the active layer. Influence of the support modification onto the activity of the catalyst and onto the degradation of the catalyst was the key point of this part. Thin layer fuel cell active layer are deposited using an inkjet process so, having a stable catalytic ink is necessary. Study of colloidal solutions and of the different parameter allowing having good dispersion was done. Impact of these parameters onto the catalytic activity was also observed. In conclusion, an ink formulation, adapted to the process was found. Finally test in complete fuel cell were done and confirm the improvement of the catalytic material.
Abstract FR:
Les micropiles à combustible sont un enjeu important pour l'alimentation de systèmes nomades. L'objet de cette thèse est l'étude des couches actives de micropiles à hydrogène, mais plus précisément de la cathode. Une première étude a permis d'observer l'impact de trois synthèses sur l'activité électrochimique d'un catalyseur Pt/C. Cependant, le coût, la performance et la durabilité de ce matériau incitent à étudier un autre catalyseur. Une étude préliminaire a conduit aux choix d'un catalyseur bimétallique PtCo/C. Utiliser différentes synthèses a permis l'identification des effets du cobalt mais a aussi permis la mise en évidence d'un lien étroit, entre le matériau, la synthèse, la structure et l'activité du catalyseur. Dans un second temps, l'étude du support de catalyseur est effectuée. En effet, une modification de ce support peut être intéressante, non seulement pour l'adaptation de la poudre catalytique au procédé de dépôt mais aussi pour une fonctionnalité supplémentaire au sein de la couche active. L'influence de la modification du support sur l'activité et sur la dégradation des catalyseurs a été le point clef de cette partie. Pour la technologie micropile en couche mince, les couches actives sont déposées par jet d'encre. La dispersion de la poudre catalytique dans une encre stable est donc un challenge important. L'étude des facteurs influant sur la stabilité de l'encre et leurs répercutions sur l'activité catalytique a permis l'établissement d'une formulation adaptée aux différents catalyseurs. Enfin, la validation des nouveaux catalyseurs en pile a permis de confirmer l'amélioration du matériau catalytique utilisé.