Des catalyseurs à faible coût pour les piles à combustible
Les piles à combustible à membrane à échange de proton (PCMEC) alimentées par hydrogène, un carburant sans émission, constituent un choix intéressant pour une utilisation dans les véhicules à pile à combustible. Tout d'abord, les PCMEC décomposent l'hydrogène en ses protons et électrons constituants à une électrode. Ensuite, le flux d'électrons génère du courant électrique avant que les électrons et les protons ne se recombinent avec une quantité réduite d'oxygène à la seconde électrode, formant de l'eau comme seul sous-produit. Malgré cette technologie soulignant la grande efficacité de la conversion énergétique, la réaction qui génère une réduction d'oxygène dans les piles à combustible requiert une électrode de platine onéreuse. Ce catalyseur de métal précieux est un élément important dans le coût, et constitue donc le principal obstacle à la commercialisation de masse des piles à combustible. Pour répondre aux exigences en matière d'efficacité, de durabilité et de coût pour les piles à combustible, des scientifiques ont lancé le projet CATHCAT (Novel catalyst materials for the cathode side of MEAs suitable for transportation applications), financé par l'UE. Ils ont développé de nouveaux catalyseurs en alliage basés sur le platine ou le palladium comme premier constituant et ensuite sur des éléments de terres rares. Des simulations informatiques modélisant les réactions catalytiques ont montré que l'activité catalytique augmente lorsque les atomes de platine sont soumis à une contrainte, bien que la contrainte maximale soit limitée. L'équipe a utilisé différentes méthodes électrochimiques pour produire des nanoparticules d'alliages de platine et de palladium, dont les méthodes fondées sur le vide. Selon la méthode, les atomes distribués de façon aléatoire dans les alliages formaient soit des structures cristallines ordonnées soit des structures polycristallines. Les résultats ont montré que lorsqu'ils recouvrent des éléments terrestres rares, les atomes de platine ou de palladium sont bien plus étroitement liés que les atomes de platine purs, et que la contrainte exercée améliore considérablement l'efficacité catalytique. Les nanoparticules récemment mises au point ont notamment montré une activité catalytique cinq fois plus élevée et se sont avérées très stables. Le coût élevé du platine et d'autres métaux nobles est un obstacle majeur à la commercialisation des PCMEC. Réduire considérablement voire remplacer le platine permet une baisse significative du coût des PCMEC. Cela devrait les rendre plus viables pour les applications de transport et elles pourraient ainsi pénétrer plus facilement le marché.
Mots‑clés
Matériaux catalyseurs, piles à combustibles, platine, PCMEC, CATHCAT, palladium, métaux terrestres rares
