Production d'hydrogène par photocatalyse et conversion électrochimique dans une pile à combustible.

par Julien Rodriguez

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Pierre-Xavier Thivel.

Soutenue le 05-12-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et Interfaces (équipe de recherche) .

Le jury était composé de Luc Brohan, Eric Puzenat.

Les rapporteurs étaient Valerie Keller, Christophe Coutanceau.


  • Résumé

    Le contexte énergétique actuel est favorable au développement de sources renouvelables d’énergie électrique. Cette étude reporte l’alimentation directe d’une pile à combustible à membrane échangeuse de proton par de l’hydrogène issue de réactions photocatalytiques de reformage et de déshydrogénation d’alcools. Le méthanol est utilisé comme molécule modèle. La vitesse de production en hydrogène a été optimisée en jouant sur des paramètres intrinsèques aux systèmes photocatalytiques, telles que la concentration en catalyseur (TiO2), la teneur en cocatalyseur (nanoparticules de platine), l’influence du flux de photons, la température, la vitesse d’agitation ou encore le choix du photocatalyseur. Aussi, une méthode de synthèse hydrothermale permettant l’obtention d’une grande variété de TiO2 monophasiques et polyphasiques, avec des compositions et des structures cristallines différentes, a été utilisée. Le dépôt du cocatalyseur (Pt) a été appliqué à partir de différentes méthodes (photodépôt, imprégnation à humidité naissante et à échange d’ions). Les activités photocatalytiques des catalyseurs ont été reliées à leurs propriétés physicochimiques. Les performances de la pile à combustible sous hydrogène photocatalytique, ont été suivies. Finalement, une expérience réalisée directement sous irradiation solaire a permis de maintenir une puissance électrique, ramenée à la surface optique des photoréacteurs, de 1 mW.cm-2 sur plusieurs heures.

  • Titre traduit

    Hydrogen production by photocatalysis and conversion into heat and power in fuel cell


  • Résumé

    The current energy context plays a significant role on the renewable energy sources development. This study reports the direct feeding of a proton exchange membrane fuel cell with hydrogen produced from photocatalytic reforming and dehydrogenation of alcohols. Methanol was used as model feedstock. The hydrogen production rate was optimized by varying such parameters such as, photocatalyst concentration (TiO2), cocatalyst loading (platinum nanoparticles), the photon flux, the temperature, the stirring rate and the photocatalyst kind. Thus, hydrothermal synthesis was used to obtain various kinds of TiO2 monophasic and polyphasic, with various crystalline structures and compositions. Platinum nanoparticles were deposited using various methods (photodeposition, wetness and ions exchange impregnation). Photocatalityc activities were correlated to catalyst physicochemical properties. Fuel cell performances, fed with photocatalytic hydrogen, were checked. Finally, the electric power reached 1 mW cm-2 of photoreactors optical area, for few hours, under solar irradiation.


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