Supports de Catalyseur Nanostructurés pour Pile à Combustible à Membrane Échangeuse de Protons / Yannick Nabil ; sous la direction de Deborah Jacqueline Jones

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Micro-ondes

Électrochimie

Catalyse

Classification Dewey : 540

Jones, Deborah Jacqueline (Directeur de thèse / thesis advisor)

Traversa, Enrico (1959-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Alcaide, Francisco (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Cavaliere-Jaricot, Sara (1977-....) (Membre du jury / opponent)

Rozière, Jacques (Membre du jury / opponent)

École nationale supérieure de chimie (Montpellier ; 1957-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : La durabilité des piles à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFC) est un des verrous technologiques majeurs qui freinent leurs implantations sur le marché. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans ce contexte en proposant l’élaboration de matériaux en carbure de niobium comme support de catalyseur pour remplacer les supports carbonés actuellement utilisés dans les cathodes de PEMFC. Notre démarche est d’associer cette composition à différentes morphologies contrôlées pour développer des matériaux conducteurs, présentant une porosité adaptée et chimiquement plus stable que le carbone qui se corrode dans les conditions de fonctionnement des PEMFC. Ainsi trois voies de synthèse basées sur des techniques variées (filage électrostatique, synthèse hydrothermal avec agent structurant) ont été étudiées aboutissant à trois types de morphologie : des poudres nanostructurées, des tissus nanofibreux et des nanotubes aux parois poreuses. Après leurs caractérisations structurales et morphologiques approfondies, ces supports ont été catalysés avec des nanoparticules de platine synthétisées par une méthode polyol assisté par micro-onde. La finalité de ce projet est d’évaluer les performances électrochimiques relatives à la réaction de réduction de l’oxygène de ces supports catalysés pour mettre en avant leurs exceptionnelles stabilités comparées à un support catalysé de référence (Pt/C) sans perte significative d’activité catalytique.

Résumé / Abstract : One pivotal issue to be overcome for the widespread adoption of Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) is the stability overtime. In this context, This PhD project focuses on the elaboration of niobium carbide based electrocatalyst supports for the PEMFC cathode to replace the conventional carbon based supports that notoriously suffer from corrosion in fuel cell operating conditions. The approach is to associate this alternative chemical composition with controlled morphologies in order to design electronically conductive and chemically stable materials with the appropriate porosity. Three different syntheses involving hydrothermal template synthesis or electrospinning have been developed leading to three different morphologies: nanostructured powders with high surface area, self-standing nanofibrous mats, and nanotubes with porous walls. These various supports have been catalysed by deposition of platinum nanoparticles synthesised by a microwave-assisted polyol method, and they have been characterised for their chemical and structural composition, morphology, and electrochemical properties. This work demonstrates that the Pt loaded NbC supports feature a greater electrochemical stability than a commercial Pt/C reference and similar electrocatalytic activities towards the oxygen reduction reaction.