SUpports Robustes et Innovants pour CATalyseur de PEMFC – SURICAT

Les piles à combustible à Membrane Echangeuse de Protons (PEMFC) sont des convertisseurs d’énergie écologiquement propres et efficaces. Les gammes de puissance accessibles permettent leur emploi dans le domaine des applications portable, transport ou stationnaire. Néanmoins, certains verrous restent encore à lever avant leur déploiement à grande échelle. Le principal verrou est la trop faible durabilité des piles, particulièrement liée à la dégradation du support carboné de la cathode. Pour pallier cet inconvénient majeur, le projet SURICAT se propose de mettre au point de nouveaux supports de catalyseur cathodiques, sans carbone, à base d’oxydes métalliques. Ces supports devront répondre à quatre critères essentiels : être conducteurs électroniques, permettre la synthèse de nanoparticules de catalyseur métalliques présentant une bonne activité électrocatalytique, résister à la corrosion en milieu PEMFC et posséder une texture adaptée à l’élaboration de l’électrode et au bon fonctionnement d’une pile à combustible PEMFC.
Deux oxydes ont été retenus sur la base de résultats/travaux préliminaires prometteurs : le dioxyde d’étain (SnO2) et le dioxyde de titane (TiO2). Leur conductivité électronique sera exacerbée par dopage (V, Nb ou Ta) ou post-traitement favorisant une sous stœchiométrie en oxygène. Ils seront synthétisés par diverses méthodes de façon à évaluer l’impact (i) de la distribution spatiale du catalyseur sur le support et (ii) de la structure et de la morphologie du support oxyde métallique sur les performances en pile complète.
Un processus de sélection basé sur les quatre critères retenus (conductivité, activité électrocatalytique, résistance à la corrosion et morphologie) sera suivi tout au long de la chaîne d’élaboration (matrice support, électrocatalyseurs, couches catalytiques), via un panel de caractérisations physicochimiques et électrochimiques. Les oxydes métalliques sélectionnés seront alors utilisés pour préparer des Assemblages Membrane-Electrodes (AMEs), leurs caractéristiques électrochimiques caractérisées sur banc monocellule et leur durabilité évaluée via des tests de vieillissement accélérés. Les performances des électrocatalyseurs composés de nanoparticules de Pt sur oxydes métalliques (Pt/MOx) seront comparées tout au long du projet aux performances d’électrocatalyseurs conventionnels supportés sur des noirs de carbones de forte surface spécifique (typiquement TKK TEC10E40E). Enfin, les nouveaux supports présentant des performances supérieures à celles des carbones du marché (puissance spécifique et durabilité) seront mis en œuvre et évalués au sein d’un petit système portable.