Etude de catalyseurs à base de platine et d’or pour l’oxydation de NaBH4 en milieu alcalin

Résumé du document

L'objectif de ce document a été de caractériser des catalyseurs en milieu alcalin. Pour cela nous les avons tout d'abord testé en demi-pile (technique de voltammétrie cyclique à variation linéaire de potentiel). Puis des tests en pile ont été effectués sur ces différents catalyseurs. Souvent on pense aux piles à combustible comme des systèmes pouvant remplacer les moteurs à combustion actuels des véhicules qui « polluent » et aussi comme un moyen de palier aux différents problèmes liés au pétrole. En effet, aujourd'hui le pétrole est une énergie très polluante (émission de gaz à effet de serre) et qui se raréfie. Il existe différents types de piles à combustible fonctionnant à basse température et en milieu acide : les PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) et DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) ou DEFC (Direct Ethanol Fuel Cell). Les SAFC (Solid Alkaline Fuel Cell) fonctionnent à température ambiante, et ont une utilisation possible pour de petits besoins en énergie (électronique portable). Pour l'électronique portable (téléphone, ordinateur, …), les SAFC sont attrayantes de par leur densité énergétique volumique élevée, parce que les cinétiques de réactions sont plus rapides en milieu alcalin qu'en milieu acide et parce que ce type de générateur ne nécessite pas d'être rechargé sur le réseau électrique.

Extraits

[...] Zhuang, J. Lu, B. Xu, Electrochem. Comm (2003) 662. S.C. Amendolu, P. Onnerud, M.T. Kelly, P.J. Petillo, S.L. Shurp- Goldman, M. [...]

[...] On fait varier le courant appliqué et on mesure le potentiel. Connaissant la surface de l'électrode, on obtient une courbe de polarisation et une courbe de puissance où j est la densité de courant exprimée en mA/cm². Préparation de la membrane électrolytique Au laboratoire, la membrane est fournie directement par un industriel sous sa forme non activée. Il s'agit d'une membrane polymère conductrice d'anions qui est conservée dans l'eau. Il faut donc l'activer afin de pouvoir l'utiliser. Pour cela, nous préparons une solution de NaOH à environ 0,75 mol/L dans laquelle nous allons faire tremper la membrane pendant une heure. [...]

[...] Tout d'abord, on remarque que l'oxydation de NaBH4 débute dès 0,06 V/ERH, comme il avait été observé sur Pt seul. Ensuite, pour l'électrode fixe on observe un très faible pic vers 0,25 V/ERH (de l'ordre de 10 mA/cm²). Puis, lorsque l'électrode tourne, on voit une très forte augmentation du courant et un maximum apparaît pour 1,05 V/REH pour les deux courbes mais pour une plus grande vitesse de rotation de l'électrode, le courant est plus élevé. Figure 10 : Oxydation de NaBH4 (0,01mol/L) sur Pt0,5 Au0,5 50%/C en milieu NaOH 1 mol/L; v=20 mV/s ; T=20°C. [...]

[...] La filtration se fait goutte à goutte assez lentement. La poudre ainsi obtenue est ensuite séchée à l'étuve (à où elle est laissée toute la nuit. Les différents lavages permettent d'éliminer le surfactant, sans avoir recours à un traitement thermique qui pourrait fritter le catalyseur. Nous avons préparé des catalyseurs bimétalliques de différents rapports atomiques : Catalyseur de Platine (Pt 50% Catalyseur d'Or (Au 50% Catalyseurs bimétalliques Or/Platine : Au0,9 Pt Pt0,5 Au Pt0,9 Au La charge métallique voulue étant et sachant que nous avons introduit 25 mg de métal à réduire, nous ajoutons 25 mg de Vulcan XC 72. [...]

[...] Il y a des pics d'adsorption et de désorption de l'hydrogène. Ensuite, il y a formation d'oxydes de platine à partir de 0,8 V/ERH dans le sens positif de variation du potentiel. Puis à partir d'un potentiel d'environ 1,65 V/ERH on observe un dégagement de dioxygène. Le pic de réduction des oxydes de platine se situe vers 0,73 V/ERH dans le sens négatif de variation du potentiel. Ensuite, le voltammogramme du platine est enregistré en présence de NaBH4 à différentes vitesses de rotation de l'électrode tournante (Figure 6). [...]