Note ABES Etude de l'influence des protons sur la réduction de l'oxygène dans des couches catalytiques ordonnées en vue d'une application en pile à combustible Study of the influence of protons on the oxygen reduction in ordered catalytic layers for fuel cell applications Couches catalytiques ordonnées Pt Pile à combustible à membrane échangeuse de protons pour haute température (PEMFC Transport de protons Cinétique et mécanisme de l’ORR Ordered catalytic layer Pt High temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) Proton transport Kinetics and mechanism of the ORR 541.3 Protons Oxydoréduction Piles à combustible à membrane échangeuse de protons Les couches catalytiques avec une structure ordonnée à base de nanoparticules de Pt supportées sur des nanofilaments de carbone verticalement alignés ont montré des performances intéressantes grâce à l’amélioration des propriétés du transport de matière et à une meilleure utilisation du Pt. Des études électrochimiques combinées à une modélisation mathématique ont mis en évidence l’influence du transport de protons sur les processus d’oxydo-réduction, la cinétique et le mécanisme de réduction de l’O2 (ORR), et sur H2O2 qui s’échappe des couches pendant l’ORR. Nous avons montré que (i) les protons sont impliqués dans l’étape limitante de la réaction, (ii) pour un pH ≥ 3, un plateau de courant limité par la diffusion des protons est observé et, (iii) pour un pH ≥ 3, le mécanisme de l’ORR implique non seulement les ions hydroniums mais aussi les molécules d’eau. L’intégration de ces couches catalytiques dans des PEMFCs haute température a ensuite été étudiée. Les performances obtenues sont légèrement plus basses que celles des couches conventionnelles. Un travail d’optimisation reste donc à accomplir pour améliorer les performances. Ordered catalytic layers based on vertically aligned carbon nanofilaments with Pt nanoparticles demonstrate high efficiency for oxygen transport and Pt utilization in the catalytic layer. Electrochemical studies combined with mathematical modeling confirm the influence of the proton transport on surface red-ox processes, the kinetics and the mechanism of the O2 reduction (ORR), and on the H2O2 escape. We show that (i) protons are involved in the rate-determining step of the O2 reduction, (ii) for pH ≥ 3, a plateau corresponding to the diffusion-limited current of protons is observed and, (iii) for pH ≥ 3, the mechanism of the ORR involves not only the hydronium ions but also water molecules. The integration of these catalytic layers in high temperature PEMFCs was then studied. The performance is slightly lower than that for conventional layers. An optimization work is required to improve the performance. Electronic Thesis or Dissertation Text fr PDF 16880345 Université de Strasbourg Strasbourg 2015-12-31 https://theses.hal.science/tel-01126890 application/pdf 12208085 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2014/Rouhet_Marlene_2014_ED222.pdf http://www.theses.fr/2014STRAF031/abes https://theses.hal.science/tel-01126890 https://theses.hal.science/tel-01126890 https://theses.hal.science/tel-01126890 https://theses.hal.science/tel-01126890 Rouhet Marlene 1985-02-18 FR 182085163 20918223 https://theses.fr/2014STRAF031 2014STRAF031 https://doi.org/10.70675/4974d7f6z2899z4eddzb2b7zb5982e0c8f53 2014-09-16 Chimie physique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Savinova Elena R. MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 075152398 Ruhlmann Laurent MADS_PRESIDENT_DU_JURY 12334283X Guillet Nicolas MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 061331163 Bonnefont Antoine MADS_MEMBRE_DU_JURY_2 063051206 Coutanceau Christophe MADS_RAPPORTEUR_1 078754607 Lapicque François MADS_RAPPORTEUR_2 032806604 École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 CH 156504081 Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 157548457 255208 ddc:540 Savinova Elena R. Ruhlmann Laurent Guillet Nicolas Bonnefont Antoine Coutanceau Christophe Lapicque François École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg) Institut de chimie et procédés pour l'énergie, l'environnement et la santé (Strasbourg) PDF 16880345