Piles à combustible : des catalyseurs innovants bientôt testés en conditions réelles

Une pile à combustible produit de l’électricité grâce à l’oxydation d'un combustible réducteur (le dihydrogène) sur une électrode, couplée à la réduction d'un oxydant tel que le dioxygène de l'air sur l'autre électrode. Les deux réactions (oxydation du dihydrogène et réduction du dioxygène) sont accélérées par des catalyseurs, généralement composés de platine ou d’alliages de platine. Or, ces matériaux présentent un coût important, rédhibitoire compte tenu de la durée de vie relativement limitée de la pile. Aussi les chercheurs du monde entier tentent-ils de développer des catalyseurs nanostructurés, afin de réduire la quantité de platine utilisée, tout en améliorant leurs performances. Le projet ALPE, qui réunit plusieurs partenaires, se focalise sur des catalyseurs mis au point et brevetés par l’université de Padoue. Très prometteurs sur le papier, ils n’ont pas pu jusqu’à présent être testés en conditions réelles.
 

Faire sortir les catalyseurs du labo

Dans un premier temps, ces composés seront produits à grande échelle par l’industriel Breton, puis assemblés par Symbio dans des cellules expérimentales dont l’architecture segmentée permettra aux chercheurs du LEMTA d’observer les variations locales de performances. « C’est à ce moment que nous interviendrons, explique Marian Chatenet, chercheur au LEPMI. Nous prendrons le relais pour caractériser les mécanismes de dégradation mis en œuvre aux endroits où les performances observées seront amoindries. » Les chercheurs mettront pour cela à profit leur savoir-faire en électrochimie, ainsi que les moyens de caractérisation disponibles au LEPMI et au CMTC : microscopie à balayage et en transmission, spectroscopie Raman, diffraction à rayons X, XPS… et même rayonnement synchrotron à l’ESRF. « L’idée est d’utiliser toutes les techniques à notre disposition pour inspecter la matière à différentes échelles, et identifier la nature chimique des matériaux localement. Ensuite, nous élaborerons des scénarii pour expliquer les mécanismes de dégradation, puis tenterons de les reproduire sur des modèles en laboratoire pour vérifier nos hypothèses. » L’objectif à terme étant d’utiliser ces nouvelles connaissances pour améliorer les performances et la durée de vie des assemblages membrane électrodes (AME) dans les piles, et l’architecture des couches actives dans les électrodes et en y déposant le catalyseur de façon optimale.

*Advanced Low-Platinum hierarchical Electrocatalysts for low-T fuel cells