Comprendre les catalyseurs des piles à combustible
L'étude constitue une nouvelle façon de mener la recherche sur les électrocatalyseurs
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Des chercheurs de l'Institut Fritz Haber de la Société Max Planck ont dévoilé de nouvelles informations fondamentales sur les principes de fonctionnement des catalyseurs de piles à combustible. Leur étude, publiée dans Nature Communications, révèle comment les multiples étapes de la conversion de l'oxygène (O2) en eau (H2O) donnent lieu à la cinétique globale du catalyseur, et comment cette cinétique est liée à des changements au niveau de l'interface catalyseur-solution. Cette étude constitue une avancée considérable dans notre compréhension des réactions électrocatalytiques en plusieurs étapes.
Représentation schématique d'une pile à combustible et des processus électrochimiques étudiés.
Copyright: © FHI
Introduction à l'activité des catalyseurs
Les catalyseurs sont indispensables à notre approvisionnement énergétique futur. Par exemple, ils sont utilisés dans les piles à combustible qui peuvent alimenter les transports lourds et à longue distance. Des progrès constants dans le domaine des catalyseurs et une compréhension approfondie des électrocatalyseurs des piles à combustible sont essentiels pour rendre cette technologie plus pratique pour un usage quotidien.
Le département de la science des interfaces de l'Institut Fritz Haber a réalisé des progrès considérables dans la compréhension des principes de fonctionnement des catalyseurs de piles à combustible dans des conditions industrielles pertinentes. Les résultats sont essentiels pour faire progresser la technologie électrochimique et fournir une compréhension fondamentale des réactions électrocatalytiques en plusieurs étapes.
Une cascade cinétique
L'étude, menée par le Dr Silva et Jody Druce dans le groupe dirigé par le Dr Öner au département de la science des interfaces dirigé par le Prof. Dr Beatriz Roldán Cuenya, examine comment le surpotentiel et la pression d'O2 appliqués électriquement modifient la cinétique de la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) de quatre catalyseurs différents dans un environnement de pile à combustible pertinent d'un point de vue pratique. Ils ont découvert une cinétique très riche dépendant du surpotentiel où l'activité du catalyseur n'est pas limitée par une étape déterminant le taux, mais par différentes étapes sur une interface catalyseur-solution qui subit elle-même des changements en fonction du surpotentiel.
Perspectives techniques
Le Dr Öner explique : "Le point de vue traditionnel de la communauté est que les réactions à plusieurs étapes peuvent être réduites à un intermédiaire déterminant la vitesse ou, en termes plus techniques, que le degré de contrôle de la vitesse de cette étape est égal à un. Cependant, nos résultats remettent en question cette opinion". Les chercheurs ont découvert que les étapes limitant la vitesse et leur degré de contrôle de la vitesse changent en fonction du surpotentiel et de la pression. M. Öner souligne que cette étude constitue une nouvelle façon de mener la recherche sur les électrocatalyseurs. "Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont souvent appliqué certains types d'analyses et de théories avec l'hypothèse sous-jacente d'une seule étape déterminant la vitesse. Notre travail rompt avec cette tradition. Nous fournissons maintenant un cadre cinétique aux résultats de la spectroscopie et de la microscopie operando qui ont observé des changements structurels et chimiques dépendant du biais pendant des décennies. L'une des questions les plus importantes est de savoir comment les propriétés microscopiques dynamiques dépendant du surpotentiel et de la pression donnent lieu aux propriétés d'ensemble qui définissent les paramètres d'activation. En tant que tels, nos résultats établissent un nouveau programme pour les recherches futures".
Conclusion et orientations futures
Beatriz Roldán Cuenya souligne l'importance d'établir un lien entre les changements chimiques et structurels dépendant du surpotentiel et de la pression à l'interphase catalyseur-solution et les paramètres d'activation. La recherche ne fait pas seulement progresser notre compréhension de l'activité du catalyseur, elle est également prometteuse pour l'amélioration des technologies de conversion de l'énergie. L'équipe s'engage à poursuivre l'exploration de ces résultats afin d'apporter de nouvelles connaissances fondamentales susceptibles d'avoir un impact sur les domaines de l'énergie et de la conversion chimique, ainsi que sur les technologies connexes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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