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E vs ENH (V). E vs ENH (V). E vs ENH (V). 1. 1. 1. E vs ENH (V). E vs ENH (V). E vs ENH (V). 0. 0. 0. 0,2. 0,2. 0,2. 0,4. 0,4. 0,4. 0,6. 0,6. 0,6. 0,8. 0,8. 0,8. 1. 1. 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0,2. 0,2. 0,2. 0,4. 0,4. 0,4. 0,6. 0,6. 0,6. 0,8. 0,8.
E N D
E vs ENH (V) E vs ENH (V) E vs ENH (V) 1 1 1 E vs ENH (V) E vs ENH (V) E vs ENH (V) 0 0 0 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 1 1 1 E vs ENH (V) - - - 5 5 5 - - - 1 1 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 - - - 10 10 10 - - - 2 2 2 i (mA) i (mA) i (mA) 2 balayage 10 balayage 10 - - - 15 15 15 -10 E vs ENH (V) i (mA) i (mA) i (mA) balayage 4 balayage 4 balayage 4 - - - 3 3 3 balayage 6 balayage 6 0 balayage 1 balayage 1 balayage 1 - - - 20 20 20 balayage 5 balayage 5 balayage 5 -30 - - - 4 4 4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 - - - 25 25 25 -2 -50 i (mA) - - - 5 5 5 - - - 30 30 30 i (mA) -4 -70 -6 -90 -8 -110 balayage 1 -10 O O O O O e- S S S S S N N N N N H H H H H S S S S S N N H H 2 2 S S H+ S S S S S S S S S S S S S N N N N N N N N N N N N N H H H H H H H H H H H H H 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Pt Electrolyte polymère H2 O2 Pt • Solution fraîche • Solution d’un an Pt-1 HClO4 1 M 20 mV/s 125 600 100 500 Densité Pt mesurée (µg/cm²) 75 400 50 300 Densité Pt mesurée (µg/cm²) NP/NT 1/5 1/10 NP/NT 1/1 1/2 200 25 100 0 0 0 25 50 75 100 125 0 100 200 300 400 500 600 Densité Pt théorique (µg/cm²) Densité Pt théorique (µg/cm²) E vs ENH (V) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Ex: 1/2 Vf=10 mL, d(Pt) = 30 µg/cm² 0,6 0,4 - 0,5 0,2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -0,2 i (mA) - 1,5 -0,4 -0,6 E vs ENH (V) -0,8 - 2,5 -1 0,12 mmol /L -1,2 0,21 mmol /L - 3,5 0,30 mmol /L 0,40 mmol /L - 4,5 0,95 mmol /L - 5,5 balayage 3 balayage 2 Potentiel de pic Ep caractéristique Structures nanocomposites à base d’électrocatalyseurs de platine enrobés conçues selon une approche bottom-up: Elaboration et caractérisation électrochimique . Institut Lavoisier H. Perez *, B. Baret*, L. Akrour*, J. Haccoun†, M. Mayne-L’Hermite* C. Cremona*, A. Morin ‡, A. Etcheberry† * CEA DSM/IRAMIS/SPAM-Laboratoire Francis Perrin, bât 522, 91191 Gif sur Yvette cedex ‡ CEA DRT/ LITEN/DTH- Laboratoire PCEM, 17 avenue des Martyrs 38054 Grenoblecedex 9 † Institut Lavoisier UMR 8180 Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines 45 Av des Etats-Unis 78035 Versailles cedex Nanoparticules de platine enrobées électroactives Catalyseurs enrobés stables en solution et actifs vis à vis de la réduction de O2 Catalyseurs manipulables en solution comme des molécules Synthèse par chimie en solution Dissolution Film de Langmuir- Blodgett de Pt-1 spontanée Pt-0 (86 % Pt en masse) Pt-1 (82 % Pt en masse) [Pt] (µg/ml)déterminée Diamètre du coeur ~2 nm (Scherrer) Réalisation d’électrodes à base de composites Nanoparticules/Nanotubes de carbone Association contrôlée des nanoparticules et des nanotubes de carbone + Mélange en proportions contrôlées Ratio Pt/NT: 1/2 Ratio Pt/NT: 1/10 Ratio Pt/NT: 1/1 Elaboration d’électrodes dont le chargement en platine est contrôlé sur une large gamme (contrôle du rapport NP/NT et du volume de dispersion liquide nanocomposite) Dépôt de la formulation Nanocomposite sur un support poreux (feutre) Comportement Electrochimique 8 Activité en réduction de O2 dissous : Surface Electroactive par adsorption/désorption des protons: 7 Ex: 1/5, 10 mL filtrés 6 NP/NT 1/1 Adiff (cm²) 5 1/2 30 µg Pt/cm2 8 µg Pt/cm2 0,2 1/5 4 1/10 0,1 [O2] dissous 3 0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 1 0 2 -0,1 0 50 100 150 200 250 300 E vs ENH (V) Densité de Pt mesurée (µg/cm²) -0,2 Détermination de l’aire de diffusion de O2 sur une large gamme de chargement en Pt -0,3 Comportement spécifique: Adsorption ≠ Désorption, aires très faibles Mouillage par consommation du gaz et étude en electrode de diffusion de gaz: Test en pile (monocellule de 25 cm2) : NP/NT élévés NP/NT faibles H2 O2 1000 Assemblage Membrane-Electrode (AME) 900 Gain d’un facteur proche de 5 sur le chargement en platine à performances équivalentes 800 Tension (mV) 700 600 AME référence: anode et cathode commerciales à 500 µg/cm2 AME Test: anode commerciale à 500 µg/cm² cathode NP/NT 1/2 (115 µg/cm2) 500 400 Correlation entre phase de mouillage et réponse en électrode de diffusion de gaz gouvernée par la densité de “zones de points triples” 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Densité de courant (mA/cm²) Conclusion : Intérêt de l’approche bottom-up (synthèse des catalyseurs et élaboration de structures nanocomposites) pour l’élaboration d’électrodes modèles dédiées à la réduction de l’oxygène. Journées nanomicrotechnologies Paris Février 2009