Des catalyseurs pour piles à combustible sans ou avec moins de platine
Les catalyseurs en platine (Pt) ou en alliage Pt à l'anode et à la cathode de l'assemblage membrane-électrode (MEA) accélèrent les réactions chimiques qui génèrent un flux d'électrons ou un courant. Les catalyseurs s'appuient sur des substrats à l'état solide, souvent des matériaux composés de carbone. Ces supports se dégradent et diminuent la durée de service, obligeant ainsi à recourir à une charge de platine plus élevée. Le projet CATAPULT (Novel catalyst structures employing Pt at ultra low and zero loadings for automotive MEAs), financé par l'UE, développe une technologie destinée à résoudre le problème. Les scientifiques se concentrent à la fois sur les revêtements platine à couche ultramince étendue et sur les catalyseurs en métal non du groupe du platine (PGM) ainsi que sur des systèmes hybrides associant les deux. En outre, l'utilisation de structures fibreuses comme supports de catalyseurs est un concept émergent en raison de leur rapport élevé surface/volume et du volume nul engendré par leur emballage. Au cours des 18 premiers mois, l'équipe a déjà obtenu des résultats qui dépassent les objectifs visés. Les scientifiques ont mis au point un catalyseur présentant une faible charge en platine et dont l'activité de masse très élevée (courant généré par milligramme de platine) dépasse les objectifs ambitieux du projet. Cinq nouveaux catalyseurs sans PGM, à base de structures organiques en métal et présentant une activité de masse supérieure à l'état actuel de la technique ont aussi été préparés. Enfin, un système hybride constitué de fer et d'un catalyseur à très faible charge de platine a démontré une activité électrochimique excellente. CATAPULT produit également par électrofilage des structures tubulaires et fibreuses de soutien résistant à la corrosion, une technique innovante qui permet la création contrôlée de nanomatériaux 1D. La conductivité sur cible et la stabilité électrochimique ont déjà été obtenues en utilisant plusieurs nanotubes et nanofils en matériaux de type oxyde. Des modèles améliorés en dynamique moléculaire à grande échelle ont considérablement réduit les temps de calcul relatifs aux méthodes conventionnelles (théorie de la fonctionnelle de la densité) et orientent vers des systèmes de support sans carbone plus prometteurs. La démonstration du faible usage de platine et de la dégradation réduite du support dans les catalyseurs MEA ouvrira la voie à une commercialisation généralisée des véhicules alimentés par piles à combustible. Sa réalisation par le consortium CATAPULT placera l'UE au premier rang d'un énorme marché mondial.
Mots‑clés
Platine, pile à combustible, catalyseur, assemblage membrane-électrode
