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Olivier Marconot

Croissance confinée de nanofils/nanotubes métalliques : élaboration et intégration dans les cathodes des PEMFC

Publié le 13 décembre 2016


Thèse soutenue le 13 décembre 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique/Nanophysique

Résumé :
Actuellement, le développement à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons est limité par l’utilisation importante de platine ainsi que par une faible durabilité des dispositifs. Les électrodes conventionnelles, dénommées Pt/C, sont constituées de nanoparticules de platine déposées sur un support composé de nanoparticules de carbone. Le but de cette thèse est de proposer, élaborer et tester en pile à combustible complète des nanostructures composées de nanotubes de platine autosupportés afin d’augmenter la durée de vie des dispositifs et de réduire la quantité de platine utilisée. Afin de réaliser de telles nanostructures, un moule d’alumine nanoporeuse constitué de nanopores verticaux est élaboré par oxydation électrochimique d’aluminium. Cette matrice de nanopores permet de réaliser une croissance confinée de nanotubes de platine par évaporation de métal sous vide ou par des dépôts électrochimiques. Une membrane de Nafion® est par la suite pressée à chaud et l’alumine est dissoute. Des nanotubes de platine autosupportés sont ainsi obtenus à la surface de la membrane. Afin de comprendre le fonctionnement de ces électrodes en pile à combustible complète, une méthode de quantification des pertes limitant les performances d’électrodes standards de Pt/C a été utilisée. La nanostructuration des électrodes permet d’augmenter significativement la durée de vie des dispositifs et de diminuer les pertes de transport d’oxygène. La principale limitation mise en évidence est des pertes cinétiques importantes en raison de la faible surface spécifique de platine développée.

Jury :
Président : M. Marian Chatenet
Rapporteur : M. Frédéric Jaouen
Rapporteur : M. Arnaud Etcheberry
Examinateur : M. Gino Paganelli
Directeur de thèse : M. Denis Buttard
Encadrant de thèse : M. Arnaud Morin
Encadrant de thèse : M. Nicolas Pauc

Mots clés :
Nanofils métalliques, Croissance confinée, Pile à combustible, Alumine poreuse, Énergie électrochimique

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