Preparation et activite electrocatalytique des nano-particules de platine dans les electrodes de piles a combustible a membrane echangeuse de protons

par OLIVIER ANTOINE

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Robert Durand.

Soutenue en 1998

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Cette these concerne l'etude plutot fondamentale des reactions se produisant sur les nano-particules de platine dans les couches actives des electrodes de piles a combustible a membrane echangeuse de protons (pemfc) : reduction de l'oxygene et oxydation de l'hydrogene, ainsi que l'etude plutot appliquee d'une methode de preparation in situ de ces particules. L'etude de la reduction de l'oxygene complete les travaux anterieurs en confirmant l'effet de la taille des particules sur la cinetique (optimum d'activite massique vers 3nm de diametre), en considerant l'effet de la temperature et du substrat, et surtout en etudiant la production de h#2o#2 a l'electrode disque-anneau et le mecanisme de la reaction par mesures en spectroscopie d'impedance : comme sur platine massif en milieu acide, le mecanisme de damjanovic est retenu pour les nano-particules de platine. L'oxydation de l'hydrogene est beaucoup plus rapide, donc limitee par la diffusion du gaz et beaucoup plus difficile a etudier. Ce travail a necessite l'utilisation de programmes de correction sophistiques et d'une geometrie originale (couche active tres fine : l<1m) pour mettre en evidence un effet de la taille tres net sur la cinetique : l'activite catalytique augmente pour les particules les plus petites. Cette etude a egalement permis d'essayer de preciser le mecanisme reactionnel jusqu'ici mal etabli (meme sur metal massif) : le mecanisme de heyrovsky-volmer est retenu, mais est a confirmer. L'optimisation de l'utilisation du catalyseur necessite des particules de 3nm pour une activite massique maximale en reduction de l'oxygene et des pourcentages massiques pt/(pt+c)30% pour minimiser l'epaisseur de couche active et les limitations par la diffusion. Un methode electrochimique in situ originale garantissant ces conditions a ete mise au point ; elle permet a partir de carbone impregne de sels de platine, le depot de nano-particules de catalyseur sur le carbone dans le nafion.


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  • Détails : 226 P.
  • Annexes : 257 REF.

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