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Fait marquant

Structuration des ionomères et performances des anodes de piles à combustible bio-inspirées sans métaux nobles


La technologie des piles à hydrogène à membranes échangeuses de protons repose sur l'utilisation de métaux nobles, rares et chers. Après avoir développé des piles à hydrogène sans platine où les catalyseurs bioinspirés sont immobilisés sur des nanotubes de carbone, nous démontrons ici (SYMMES et LCBM) que la fonctionnalisation des nanotubes de carbone dirige la structuration de l’ionomère (Nafion™), un autre composant central de la pile.

Publié le 23 février 2021
La transition écologique requiert le développement d’électrocatalyseurs bon marché et abondants pour six réactions clés : la production d’hydrogène (dite HER pour Hydrogen Evolution Reaction), l’oxydation de l’hydrogène (dite HOR), la réduction du CO2 (dite CORR) et de l’azote (dite NRR), l’oxydation de l’eau en oxygène (dite OER) et la réduction de l’oxygène (dite ORR). Les réactions HER, CORR, NRR et OER ont lieu dans les électrolyseurs et les cellules photoélectrochimiques qui produisent carburants et produits chimiques (et O2 comme sous-produit), alors que les réactions HOR et ORR sont utilisées dans les piles à hydrogène pour produire de l’électricité.
La technologie des piles à hydrogène à membranes échangeuses de protons est très prometteuse : elle se déploie aujourd’hui dans les premiers véhicules à hydrogène (voitures, bus, engins de levage). Cependant elle repose complètement sur les métaux nobles, en particulier le platine, pour catalyser ces réactions clés. Par ingénierie moléculaire de catalyseurs bioinspirés et de nanotubes de carbone sur lesquels les catalyseurs sont immobilisés, des chercheurs de nos laboratoires (LCBM et SYMMES) avaient dans un premier temps démontré une première pile à hydrogène sans platine [1]. Cependant, la formulation en matériau catalytique de ces catalyseurs alternatifs n’en est qu’à ses débuts. En collaboration avec des électrochimistes de Grenoble (DCM et LEPMI) et d’IRAMIS, nous montrons ici [2] que la fonctionnalisation des nanotubes de carbone, nécessaire pour immobiliser les catalyseurs moléculaires, dirige la structuration de l’ionomère (NafionTM), un autre composant central de la pile. Cette interaction, constructive ou destructive, affecte les propriétés de transport de gaz de façon cruciale et donc les performances du dispositif. 



Contacts : Pascale Chenevier (SYMMES), Vincent Artero (LCBM)

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