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Aérogels, supports de catalyseur pour les piles à combustible et l'électrolyse PEM

		Electrocatalyseur à base d'aérogel de carbone																										Electrocatalyseur à base d'aérogel de carbone

En comparaison des noirs de carbone utilisés aujourd’hui comme support de catalyseur, les aérogels de carbone présentent l’avantage de posséder une nanotexturation tridimensionnelle contrôlable par « chimie douce ». Le procédé sol-gel permet en effet de « maitriser » la texture de la couche catalytique. Dans notre cas, la voie de synthèse choisie offre différents leviers « simples » (quantité de catalyseur et concentrations en réactifs pour l’essentiel) pour agir directement sur la texture du support (surface spécifique, taille des particules et densité des aérogels synthétisés ainsi que distribution de tailles de pore). Les précurseurs étudiés pour la synthèse d’aérogels de carbone sont principalement le résorcinol et le formaldéhyde mais des précurseurs biosourcés ont également été testés. Différentes méthodes de dépôt de platine ont été évaluées (imprégnation-réduction, voies colloïdale ou plasma).

Nous avons utilisé les aérogels comme matériaux « modèles » pour étudier l’influence de la morphologie du support de catalyseur sur les performances de l’AME. Nous avons ainsi pu démontrer l’importance de contrôler l’architecture interne du support (réseau tridimensionnel et distribution de tailles de pore) pour faciliter (i) la répartition du platine en surface du support, (ii) son accessibilité aux gaz réactifs (principalement l’oxygène) et (iii) l’évacuation de l’eau formée à la cathode. Ces travaux se sont prolongés jusqu’à la mise en composants des supports, l’étude des couches catalytiques ainsi obtenues et l’influence de l’ajout de Nafion® et de Téflon® sur les performances des AMEs. Récemment valorisés pour la compression électrochimique (projet EU PHAEDRUS), ils seront prochainement adaptés pour supporter de nouveaux catalyseurs sans platine dans le cadre du projet EU PEGASUS, lauréat du dernier AAP H2020 (FCH-JU).

Les matériaux carbonés de référence, restent très sensibles à l’oxydation dans les conditions « sévères » de fonctionnement des PEMFC. Différentes stratégies sont étudiées pour limiter cette oxydation. La modification de la surface, par dépôt d’oxyde métallique ou fonctionnalisation, est à l’étude dans le cadre du projet CORECAT- ANR PROGELEC. Plus radicale, l’utilisation d’oxydes métalliques dopés (à base de TiO2 ou SnO2 par exemple) en substitution du carbone a été développée dans le cadre des projets SURICAT – ANR PROGELEC et NANOCAT – FP7 FCH-JU. Les résultats obtenus ont démontré la grande stabilité à fort potentiel des oxydes étudiés. Ils seront pour cette raison évalués comme support de catalyseur pour l'oxydation de l'eau dans les électrolyseurs PEM, les deux projets proposés aux AAP ANR et H2020 ayant été retenus pour financement (MOISE ANR - Générique et PRETZEL H2020-FCHJU).

Contacts :

Christian BEAUGER et Sandrine BERTHON-FABRY

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