Conception de catalyseurs 3D poreux et design de couches catalytiques par stratégie ascendante pour des électrolyseurs PEM à faible teneur en métal noble. – 3DCatforPEM

Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMWE) permettent de produire de l’hydrogène pur et pressurisé à partir d’énergies renouvelables. Dans les électrolyseurs actuels, les électrodes (anode et cathode) contiennent des quantités élevées de métal noble qui nécessitent d’être drastiquement réduites sans compromettre activité ni stabilité. L’architecture 3D et la porosité des électrodes sont également très importantes car elles permettent de réguler le transport des électrons, de l’eau, des protons et des gaz produits. L’amélioration des performances des PEMWE grâce à l’ingénierie de l’architecture 3D des électrodes est un défi encore peu étudié. Dans ce projet, nous proposons de concevoir des catalyseurs 3D avec des teneurs ultra-faibles en métal noble grâce à la préparation de particules catalytiques à architecture 3D-poreuse avec des propriétés de particule contrôlées. Les expertises complémentaires des groupes allemand (Anna Fischer, Université de Freiburg) et français (Marco Faustini, Sorbonne Université) en synthèse de matériaux permettront de préparer des catalyseurs 3D nano- et micro-structurés pour les cathodes et anodes d’électrolyseurs PEM. Pour améliorer l’utilisation du Pt à la cathode, des clusters et/ou « single site » de Pt supportés sur des nanosphères poreuses de carbone dopé avec des propriétés de particules contrôlées seront synthétisés. Du côté de l’anode, des catalyseurs 3D poreux à base d’Ir avec des propriétés de particules contrôlées seront synthétisés. L’impact de l’architecture du catalyseur et des électrodes sur les performances sera évalué en cellule à 3 électrodes et sur un banc de test PEMWE (Jennifer Peron, Université Paris Cité). Par la conception de particules catalytiques / catalyseurs nano- et micro-structurés, nous proposons de développer des architectures 3D de couches catalytiquespour des PEMWE à haute performance et faible teneur en métal-noble.