optimization and integration of bio-inspired anodesin a platinum-free pemfc
Optimisation et intégration d'anodes bio-inspirées dans une pile à combustible sans platine
Résumé
The use of new energy vectors as alternatives to the fossil and nuclear fuels is necessary for the transition to renewable energies. These intermittent energy sources can be stored in fuels, such as hydrogen gas which stands out for its energy density and participation in the virtuous water splitting cycle. Controlled H2 oxidation can be done in so-called fuel cells, which oxidize hydrogen at the anode and reduce oxygen at the cathode to form water and heat as the sole products of the reaction. Those mature technologies employ platinum group metals as catalysts at both the anode and cathode. However, as worldwide energy demands keep increasing, these limited resources will not be sufficient for a worldwide adoption of H2 as an energy vector. In this work, materials containing noble metal free, bio inspired catalysts for H2 oxidation are optimized and integrated in functional fuel cells. Their behaviour in technologically-relevant conditions is studied and compared to that of state of the art platinum catalysts. The best performing materials are thoroughly characterized with various techniques including advanced electrochemistry, yielding leads for further optimization as well as insight on the benchmarking of novel catalytic materials.
L'utilisation de nouveaux vecteurs énergétiques comme alternative aux combustibles fossiles et nucléaires est nécessaire pour la transition vers les énergies renouvelables. Ces sources d'énergie intermittentes peuvent être stockées dans des carburants, tels que le dihydrogène qui se distingue par sa densité énergétique. L'oxydation contrôlée de H2 peut être effectuée dans des piles à combustible, qui oxydent l'hydrogène à l'anode et réduisent l'oxygène à la cathode pour former de l'eau et de la chaleur comme seuls produits de la réaction. Ces technologies, matures, emploient des métaux du groupe du platine comme catalyseurs à l'anode et à la cathode. Cependant, alors que les demandes énergétiques mondiales ne cessent d'augmenter, ces ressources limitées ne seront pas suffisantes pour une adoption mondiale de l'hydrogène comme vecteur énergétique. Dans ce travail, des matériaux contenant des catalyseurs bio-inspirés, sans métaux nobles pour l'oxydation de H2 sont optimisés et intégrés dans des piles à combustible fonctionnelles. Leur comportement dans des conditions technologiques est étudié et comparé à celui de l'état de l'art des catalyseurs au platine. Les matériaux les plus performants sont caractérisés en détail par diverses techniques, donnant des pistes pour une optimisation future ainsi qu'un aperçu de ce que requièrent les tests de performance de nouveaux matériaux catalytiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)