Utilisation de fullerène comme support de catalyseur pour les piles à combustible de type PEMFC

Using fullerène as catalyst support for proton exchange membrane fuel-cells

• Auteur / Autrice : Guillaume Krosnicki
• Direction : Delphine Felder-Flesch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phtalocyanines

Électrocatalyse

Catalyseurs

Fullerènes

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Résumé

Ce travail concerne l’étude de nouveaux catalyseurs à base de fullerène pour la cathode de piles à combustible de type PEMFC. L’utilisation du fullerène C60, réputé stable, comme support de catalyseur ainsi que la possibilité de lier le platine sur le fullerène permet d’espérer améliorer la tenue à la dégradation de la couche active. Dans un premier temps, un ensemble de catalyseur de type MnC60 à base d’atomes de platine et/ou palladium liés au C60, appelés métallofullerènes, ont été synthétisés et caractérisés physico-chimiquement. En parallèle, des catalyseurs non-nobles à base de phtalocyanine de fer déposée sur du fullerène ont également été synthétisés. Les performances de ces catalyseurs ont été testées électrochimiquement, sur une électrode tournante à disque-anneau, en demi-cellule et, pour les meilleurs catalyseurs, en pile, et comparées à celles obtenues avec des catalyseurs commerciaux de référence sur noir de carbone Pt/C et PtCo/C. Il ressort de l’étude que les performances des métallofullerènes dépendent de la stœchiométrie n des composés MnC60 et que les meilleurs présentent des performances similaires voire supérieures à celles obtenues avec les catalyseurs de référence. Les catalyseurs non-nobles sur fullerène permettent d’obtenir des performances similaires à celles obtenues avec des catalyseurs non-nobles sur noir de carbone. De plus, une première étude de vieillissement des métallofullerènes montrent que ces composés ont une résistance à la corrosion du carbone similaire aux catalyseurs de référence.

This work concerns the study of new fullerene-based catalysts for the cathode of fuel cell type PEMFC. The use of fullerene C60, known to be stable, as a catalyst support and the ability to bind the platinum on the fullerene can hope to improve the resistance to degradation of the active layer. As a first step, a set of type catalyst MnC60 based on platinum and / or palladium atoms bonded to C60, called metallofullerenes, were synthesized and characterized physically and chemically. In parallel, non-noble catalysts based on iron phthalocyanine deposited on fullerene have been synthesized. The performance of these catalysts were electrochemically tested on a rotating ring-disk electrode, half-cell and, for best catalysts in fuel-cell, and compared with those obtained with reference commercial catalysts on carbon black Pt/C and PtCo/C. It appears from the study that the performance of metallofullerenes depends on the stoichiometry n of MnC60 compounds and best of them exhibit performance similar or even superior to those obtained with the reference catalysts. Non-noble catalysts on fullerene can obtain performance similar to those obtained with non-noble catalysts on carbon black. In addition, an initial study of metallofullerenes aging shows these compounds have a carbon corrosion resistance similar to reference catalysts.