13
FACTEUR 10 LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM FACTEUR 10 Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût en platine par unité de puissance Sylvie Escribano - CEA/Liten [email protected] Présentation du projet et de son état d’avancement LRC ILV-SPAM FACTEUR 10 LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM LRC ILV-SPAM Coordinateur : CEA/Liten Organismes de recherche : CNRS – LSPM Pascal Doppelt – William Maudez LRC ILV-SPAM Arnaud Etcheberry – Henri Perez Entreprises : PAXITECH Renaut Mosdale – Annette Mosdale KEMSTREAM Hervé Guillon Projet labélisé par le(s) pôles(s) de compétitivité : TENERRDIS Date de démarrage : 01/01/2009 Date de fin : 31/12/2012 Budget (M€) Aide (M€) Nombre de personnes.ans 2 927 942 1 291 049 22

Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

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Page 1: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

FACTEUR 10Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10

sur le coût en platine par unité de puissance

Sylvie Escribano - CEA/[email protected]

Présentation du projet et de son état d’avancement

LRCILV-SPAM

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Coordinateur : CEA/Liten

Organismes de recherche :

CNRS – LSPM Pascal Doppelt – William Maudez

LRC ILV-SPAM Arnaud Etcheberry – Henri Perez

Entreprises :

PAXITECH Renaut Mosdale – Annette Mosdale

KEMSTREAM Hervé Guillon

Projet labélisé par le(s) pôles(s) de compétitivité : TENERRDIS

Date de démarrage : 01/01/2009 Date de fin : 31/12/2012

Budget (M€) Aide (M€) Nombre de personnes.ans

2 927 942 1 291 049 22

Page 2: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Objectifs du projet :

• Réduction d’un facteur 10 de la quantité de platine par unité de puissance maximale (passage d’un état de l’art à 1g/kW à une solution à 0,1g/kW)

• Propositions de solutions techniques à différents niveaux d’avancement pour la réalisation d’AME faiblement chargés (< 0,2 mg Pt/cm²)

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Objectifs du projet :

• Réduction d’un facteur 10 de la quantité de platine par unité de puissance maximale (passage d’un état de l’art à 1g/kW à une solution à 0,1g/kW)

• Propositions de solutions techniques à différents niveaux d’avancement pour la réalisation d’AME faiblement chargés (< 0,2 mg Pt/cm²)

Défis scientifiques et techniques :

Enjeu : optimiser l’utilisation du Pt et la stabilité des couches actives (CA) faiblement chargées afin d’avoir le meilleur compromis coût/performance/durée de vie

���� Localisation et optimisation des structures

���� Différentes voies distinguées par le type de matériau mis en œuvre• CA à base de carbones platinés (localisation par la mise en forme)

• Dépôts directs sur couches de diffusion (localisation à l’échelle microscopique)

• Nanoparticules enrobées déposées sur NanoTubes de Carbone (NTC)

Page 3: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Objectifs du projet :

• Réduction d’un facteur 10 de la quantité de platine par unité de puissance maximale (passage d’un état de l’art à 1g/kW à une solution à 0,1g/kW)

• Propositions de solutions techniques à différents niveaux d’avancement pour la réalisation d’AME faiblement chargés (< 0,2 mg Pt/cm²)

Défis scientifiques et techniques :

Enjeu : optimiser l’utilisation du Pt et la stabilité des couches actives (CA) faiblement chargées afin d’avoir le meilleur compromis coût/performance/durée de vie

���� Localisation et optimisation des structures

���� Différentes voies distinguées par le type de matériau mis en œuvre• CA à base de carbones platinés (localisation par la mise en forme)

• Dépôts directs sur couches de diffusion (localisation à l’échelle microscopique)

• Nanoparticules enrobées déposées sur NanoTubes de Carbone (NTC)

Résultats majeurs escomptés

Objectifs techniques visés pour les différents niveaux de développement :

• Solutions à 0,3g/kW à Pmax

���� Démonstration de 2000 h avec baisse de performance limitée à 20%

• Voies d’amélioration et nouvelles structures

���� Démonstration de solutions au plus près de 0,1g/kW (<0,25 et <0,2mgPt/cm²)

• Voies initialement amont

���� Démonstration d’un gain potentiel sur taux d’utilisation du Pt en électrochimie ex-situ

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Programme de travail et jalons :

QQUUAALL II FFII CCAATTII OONN DDEESS AAMM EE

EETTUUDDEESS DDEESS CCOOMM PPOOSSAANNTTSS

DDEEVVEELL OOPPPPEEMM EENNTT EETT FFAABBRRII CCAATTII OONN DDEE CCOOMM PPOOSSAANNTTSS EETT DD’’ AAMM EE

TACHE 4 - AME de type CCB (LCPEM)

TACHE 7 Caractérisations en pile des

performances et de la durabilité (LCPEM – PAXITECH)

TACHE 2 Catalyseurs et CA par

voie sous vide (LTS – LIMHP - KEMSTREAM)

TACHE 3 Catalyseurs et CA par

voie liquide (LCPEM – LRC_ILV-SPAM)

TACHE 5 CA et

AME de type CCM

(PAXITECH)

BBrr eevveettss && PPuubbll iiccaatt iioonnss

TACHE 6 Caractérisations

microstructurales et électrochimiques

(LCPEM - LTS – LIMHP – LRC_ILV-SPAM)

AAccccoorr dd ddee ccoonnssoorr tt iiuumm RRaappppoorr ttss -- LL iivvrr aabblleess

FFOOUURRNNII TTUURREE ddee ccoommppoossaannttss

II nnffoorr mmaatt iioonnss eett iiddééeess

dd’’aammééll iioorr aatt ii oonn

FFOOUURRNNII TTUURREE dd’’AAMM EE

COMMUNAUTE SCIENTIFIQUE GRAND PUBLIC ANR - HPAC

FFoouurr nnii ttuurr ee ddee ccoommppoossaannttss

LL II VV RR AA BBLL EE SS

SSPPEECCIIFFIICCAATTIIOONNSS

II nnffoorr mmaattiioonnss eett iiddééeess

dd’’ aammééll iioorr aatt iioonn

II nnffooss

TACHE 0 - Coordination / Gestion scientifique et Valorisation (LCPEM - Tous)

TACHE 1 – Spécifications et veille technologique (LCPEM – LTS – PAXITECH – ILV-SPAM)

JJAALLOONNSS

II NNFFOOSS

•Tâche 0 : Coordination – Gestion scientifique et valorisation (LCPEM)

•Tâche 1 : spécifications et veille technologique (LCPEM)

•Tâche 3 : dév. et fabrication de catalyseurs et couches actives en voie liquide (LCPEM)

•Tâche 2 : dév. et fabrication de catalyseurs et couches actives par voies sous vide (LTS)

•Tâche 4 : dév. et fabrication d’AME de type CCB (LCPEM)

•Tâche 5 : dév. et fabrication d’AME de type CCM par voie liquide (PAXITECH)

•Tâche 6 : caractérisations de la microstructure et des propriétés électrochimiques (LRC_ILV-SPAM)

•Tâche 7 : caractérisation des AME en pile (PAXITECH )

Page 4: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Programme de travail et jalons :

����T0 + 18

Choix des solutions générations 2

pour essais approfondis en

performance et/ou en durabilité

J2

����T0 + 10

Choix des solutions nominales

(générations 1 base CCB, avec

CVD en anode et GDE en cathode,

et base CCM) pour essais

approfondis

J1

J1 CCB

n° de partenaire Année 1 Année 2 Année 3 n° de tâche

1 1’ 2 3 4 5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Tâche 0 – Coordination

LCPEM L L L

Tâche 1 – Spécif. & Veille

LCPEM L L L L

Tâche 2 – Dépôts sous vide

LTS L L L

Tâche 3 – Dépôts voie liquide

LCPEM L

Tâche 4 – AME de type CCB

LCPEM L

Tâche 5 – Dépôts et AME type CCM

PAXITECH L

Tâche 6 – Etudes

ILV -SPAM

Tâche 7 – Tests

PAXITECH

L

J J J

L L L

L L L

CCB = Catalyst Coated Backing - CCM = Catalyst Coated Membrane

CCB (A/C) MO-CVD / GDE encre< 0,1 / 0,15 mg Pt/cm²

CCM (A/C) 0,2 / 0,2 mg Pt/cm²

CCB (A/C) GDE encre / GDE encre0,04 / 0,15 mg Pt/cm²

CCM (A/C) 0,02 / 0,05 mg Pt/cm²

60%

80%

66%

66%

66%

66%

66%

50%

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Principaux résultats atteints par le projet

Par voie de développement

• Dépôts directs sous vide

• Dépôts directs en voie liquide

• Nanoparticules enrobées

• Electrodéposition

• Dépôts d’encres

• Sur couches de diffusion

• Sur membrane

Page 5: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts directs sous vide – MO-CVD

• Développement & synthèse de précurseurs de platine (LSPM)

• Composés de Pt(II) à base de norbornadiène (référence = (nbd)PtMe2)

• Proposition de nouvelles synthèses

• Développement de nouveaux ligands (obj.: abaisser le point de fusion et augmenter la volatilité)

� précurseurs de formule (2-R-nbd)PtMe2 = bons candidats :

• température de dépôt plus basse

• bonne décomposition du précurseur

Synthèse des ligands de la famille (2-R-nbd)

Précurseur

(2-Et-nbd)PtMe2

Pt54 (réf.)

ATG���� Différents précurseurs à valider en dépôt de Pt

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts directs sous vide – MO-CVD

• Amélioration et adaptation du procédé DLI-MOCVD (KEMSTREAM)

• Essais d’injection / évaporation avec butanol et isopropanol

���� démonstration de la possibilité de remplacer le toluène pour le procédé

• Essais prometteurs en mode ALD

[injection discontinue de la solution dans l’évaporateur = débit de vapeur discontinu/pulsé]

Cristaux en aiguilles en entrée du piège froid

1-propanol

���� A qualifier: impact sur les nanoparticules des modifications de précurseurs et de procédé

Conditions recommandées avec propanol et butanol

Page 6: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts directs sous vide – MO-CVD

• Réalisation d’électrodes et caractérisation (LTS & LCPEM)

• Dépôts à partir de Pt54 : lien micro-structure/propriétés électrochimiques

� impact des couches de diffusion (GDL): perte de performance par changement du type de GDL

� impact des volumes injectés (10 à 120ml) [RQ : lien volume/chargement fonction du support]

Ex: comparaison 30 et 120ml sur GDL SGL 24BC

½ pile - Densité de courant à 0,9VImages de

TEM

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts directs sous vide – MO-CVD

• Réalisation d’électrodes et caractérisation (LTS & LCPEM)

• Modifications des paramètres de dépôt et du support pour améliorer l’efficacité des dépôts avec de faibles volumes d’injection (< 50 ml)

Essai en pile du dépôt 30ml avec nouveaux paramètres sur 24BC modifié

���� objectif atteint : perf 30ml/ELAT ou120ml/24BC retrouvées

Essai en pile du dépôt 30ml avec nouveaux paramètres sur 24BC modifié

���� objectif atteint : perf 30ml/ELAT ou120ml/24BC retrouvées

Essai en pile du dépôt 30ml avec nouveaux paramètres sur 24BC modifié

���� objectif atteint : perf 30ml/ELAT ou120ml/24BC retrouvées

Essai en pile du dépôt 30ml avec nouveaux paramètres sur 24BC modifié

���� objectif atteint : perf 30ml/ELAT ou120ml/24BC retrouvées

Activation à 0,9 & 0,8V - 30ml & 120ml

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

j (m

A/c

m²)

MUR11-031 30 mL

MUR11-023 (2) 120 mL

MUR11-031 30 mL

MUR11-023 (2) 120 mL

���� Analyses microstructurales et corrélations fonction nement/ paramètres dépôts/ structures à poursuivre pour optimisation

120 ml30 ml

Test en pile avec GDE encre en cathode

Test en pile avec GDE encre en cathode

30 ml ~ 120 ml30 ml

���� Propriétés et performances en anode

OK avec derniers essais à 30 ml sur 24BC

Page 7: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Electrocatalyseurs enrobés / NTC (LRC ILV-SPAM)

• Préparation du matériau catalytique

• Synthèse de poudres de nanoparticules greffées de molécules et de NTC

• Association en milieu liquide (particules Pt + suspension NTC)

• Contrôle des quantités relatives � densité de Pt / NTC

• Dépôts sur couche de diffusion (feutre de carbone)

• Caractéristiques et caractérisations électrochimiques ex-situ

� Taux de dispersion optimal du catalyseur sur les NTC

� Scénario de dégradation de l’électrocatalyseur enrobé (XPS / DRX / MET)

���� Détermination de l’aire d’électrode associée à la réduction de O2

A Diff O2 = paramètre spécifique rendant compte de l’utilisation du Pt

[ 2 à 400 m²/g pour les particules Pt enrobées/NTC]

Tests en pile Etudesex-situ

proposition de structuresproposition de structures

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Electrocatalyseurs enrobés / NTC (LRC ILV-SPAM)

Nanoparticules de platine enrobées par greffagePt-haut poids moléculaire :

Taux de couverture de 100 %

100 m²/g

Pt-bas poids moléculaire :

taux de couverture de 3 %

20 m²/g

Enrobage polymère• Pas de migration du Pt

���� utilisation optimale

[Publi soumise]

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FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Electrocatalyseurs enrobés / NTC (LRC ILV-SPAM)

Nanoparticules de platine enrobées par greffagePt-haut poids moléculaire :

Taux de couverture de 100 %

100 m²/g

Pt-bas poids moléculaire :

taux de couverture de 3 %

20 m²/g

Enrobage polymère• Pas de migration du Pt

���� utilisation optimale

���� Structures à base de NTC azotés envisagées pour augmenter l’efficacité des CA

���� Validations en pile

FACTEUR 10

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LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

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Electrodéposition (LCPEM)

• Développement du protocole in-situ pour réalisation de dépôt à faible chargement en Pt

• Technique pulsée avec agent bloquant

-240

-190

-140

-90

-40

10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

j (mA/cm²)

E (

V/E

RH

)

305

306

307

3082 g/cm²

0.2 g/cm²

1 g/cm²

0.5 g/cm²

t

I

t

I

Pt PtA

AA A

A AA A

A

� Effet >0 de la microstructure avec agent bloquant

Page 9: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

t

E (V)

0

Nucléation

Nucléation

i

t

t

E (V)

0

Nucléation

Nucléation

ii

t

Electrodéposition (LCPEM)

• Développement du protocole in-situ pour réalisation de dépôt à faible chargement en Pt

• Modification des cycles pour améliorer la dispersion des particules

� réalisation et test en cathode de dépôts faiblement chargés

� fort gain en performance malgré chargement théorique 2 fois plus faible

A noter: chrgt sans doute très faible ~0,01mgPt/cm²

���� voie ok pour la réduction des g/kW

���� Amélioration des perf. / reproductibilité et stabilité

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Conditions AUTO : 80°C - 50/50%HR - 1,5bars

���� 3 tensions (ou rendements)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

chgt A ou C (mgPt/cm²)

g/kW

g/kW à 0,675V

g/kW 0,65V

g/kW 0,45V

g/kW à 0,675V

g/kW à 0,675V

g/kW à 0,675V

C: 0,14 mg/cm²Effet chgt A

A: 0,05 mg/cm²Effet chgt C

� Identification d’un chargement optimum pour les g/kW sur la gamme

“faibles chargements” étudiée

Dépôts d’encres en CCB (LCPEM)

• CA par enduction, pulvérisation ou sérigraphie sur 24BC (mb 211)• Effet des chargements A ou C en Pt (0,02 à 0,08 ou 0,1 à 0,22 mg Pt/cm²)

[comparaison avec AME à 0,6mgPt/cm²]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

BNaPsP

e112

8

BNaPsP

e117

9

BNaPsP

e123

3

BNaPsP

e123

1

BNaPpP

e126

1

BNaPpP

e126

2

BNaPsP

e128

7

char

gem

ent e

n P

t (m

g/cm

²)

Pt anode (mg/cm2)

Pt cathode (mg/cm2)

Page 10: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Conditions AUTO : 80°C - 50/50%HR - 1,5bars

���� 3 tensions (ou rendements)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

BNaPsP

e112

8

BNaPsP

e117

9

BNaPsP

e123

3

BNaPsP

e123

1

BNaPpP

e126

1

BNaPpP

e126

2

BNaPsP

e128

7

char

gem

ent e

n P

t (m

g/cm

²)

Pt anode (mg/cm2)

Pt cathode (mg/cm2)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

chgt total AME (mgPt/cm²)

mW

/cm

²

P à 0,675V (mW/cm²)

P à 0,65V (mW/cm²)

P à 0,45V (mW/cm²)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

chgt total (mgPt/cm²)

g/kW

g/kW à 0,675V

g/kW 0,65V

g/kW 0,45V

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

chgt A ou C (mgPt/cm²)

g/kW

g/kW à 0,675V

g/kW 0,65V

g/kW 0,45V

g/kW à 0,675V

g/kW à 0,675V

g/kW à 0,675V

C: 0,14 mg/cm²Effet chgt A

A: 0,05 mg/cm²Effet chgt C

� Identification d’un chargement optimum pour les g/kW sur la gamme

“faibles chargements” étudiée

Dépôts d’encres en CCB (LCPEM)

• CA par enduction, pulvérisation ou sérigraphie sur 24BC (mb 211)• Effet des chargements A ou C en Pt (0,02 à 0,08 ou 0,1 à 0,22 mg Pt/cm²)

[comparaison avec AME à 0,6mgPt/cm²]

� Facteur 2 pour ces AME, conditions et 3 niveauxA noter: écarts sur P et g/kW entre les 3 tensions

~ 0,1 à 0,2 g/kW d’écart entre 0,65 et 0,675V (~2% sur rdt!)

:2

���� Extension vers chgts très faibles & modification des compositions, de la répartition du Pt

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts d’encres en CCB (LCPEM)

• 1ers essais en cycles dynamiques sur AME < 0,2 mgPt/cm²

� identification d’une limite sur chargement C pour la stabilité dans les conditions choisies?

���� A poursuivre… Avec lien degradations performances, propriétés et microstructure

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0 50 100 150t (h)

U(m

V)

BNaPePe1377

BNaPsPe1403

Nom de l'AME & N°

Date assemblage

Resp assem-blage

Membrane Réf GDL A Réf GDL C Réf GDE A Réf GDE CPt anode (mg/cm2)

Pt cathode (mg/cm2)

Projet Banc

BNaPsPe1377 30/08/2011 DTNRE211CS lot

12873078SGL24BC SGL24BC SER157 END163 0,04 0,14 F10 PM2

BNaPsPe1403 21/09/2011 CMNRE211CS lot

12873078SGL24BC SGL24BC Ser 157 END 22 0,04 0,22 F10 PM2

Effet du chargement en Pt à la cathode sur la stabi lité de la tension en cycles de courant

Cycles dynamiques - 80°C, 40/60%HR, 1,5bars, st1,2/ 2

A poursuivre

Arrêt ~200h (mb percée)

40s @ imin

imax

20s

Page 11: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts d’encres en CCM (PaxiTech)

• Développement et fabrication d’AME de type CCM à chargements réduits optimisés

���� Un nouveau système de dépose de liquide par pulvérisation sous ultrasons a permis

la fabrication d’AME à chargements très faibles, jusqu’à 0,02 mg Pt /cm²

���� A suivre: optimisation du fonctionnement par modification des CA ou autres composants d’AME

Performances en fonction du chargement total de l'A MEConditions AUTOMOBILE

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

chargement anode + cathode (mg Pt /cm²)

Pui

ssan

ceM

AX (m

W /c

m²)

0

1

2

3

4

g P

t /kW

at P

MA

X

:5

Mb 212

:10

� impact des autrescomposants sur perf. et réduction des g/kW

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Dépôts d’encres en CCM (PaxiTech)

• Optimisation de l’assemblage des AME de type CCM à chargements réduits� AME avec chargement anodique 0,02 mg Pt /cm² et cathodique 0,05mg Pt/ cm²

Optimisation AME: Etude MembraneConditions AUTOMOBILE

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Intensité (A/cm²)

Ten

sio

n (

V)

0

100

200

300

400

Pu

issa

nce

(m

W /

cm²)

50µm NRE212

25µm NR211

25µm NAF XL

���� A suivre: optimisation du fonctionnement par modification des CA ou autres composants d’AME

& tests de durabilté

� Effet limité de la membrane, surtout aux rendements élevés

ETUDE MEMBRANE

CONDITIONS STATIONNAIRE

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Intensité (A/cm²)

Te

nsi

on

(V

)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Pu

issa

nce

(m

W/c

m²)

50µm NRE212

25µm NR211

25µm NAF XL

NRE212NRE211XL

Page 12: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 50 100 150 200

Pt-

L αp

eak

are

a (

u.a

.)

Pt loading (μg/cm2)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

De

viat

ion

[%]

Total Pt mass (mg)

Validation UV

Dosage des faibles chargements en Pt

• 2 méthodes développées pour cette étude (point dur identifié pendant la 1ère période)

• Fluorescence X : mesure directe locale (LRC ILV-SPAM)

• Dissolution puis UV visible : indirect et global (chgt moyen sur surface donnée) (LCPEM)

� Développement et validation des méthodes sur échantillons connus

� Dosage et 1ères comparaisons sur différents dépôts F10

���� Ecarts à interpréter - A compléter avec autres dépôts

0

50

100

150

200

250

41 P

ax

42 2

4BC

44 2

4BC

ELD30

7

ELD50

3

ELD31

2

ELD30

5

EFD139

EFD144

GDE356

END22

GDE406

Ser17

char

gem

ents

(µg

Pt/c

m²)

Mesure 1Mesure 2Mesure 3Moy FluoXEstimation initiale peséeUV moy1UV moy2

Validation

Fluo X

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Conclusions :

• Dépôts à faibles chargements obtenus par toutes les voies technologiques explorées

• Réduction de la consommation en g/kW par rapport à des chargements de l’état de l’art

Pt/NTC

CE (plat inum)

REF (MSE)

W (GDE)

N2 bubbling

Gas inlet

Gas outlet

Sample

e-I-+

Electrolyte

CE (plat inum)

REF (MSE)

W (GDE)

N2 bubbling

Gas inlet

Gas outlet

Sample

CE (plat inum)

REF (MSE)

W (GDE)

N2 bubbling

Gas inlet

Gas outlet

Sample

e-I-+

e-I-+ -+

Electrolyte

Electrodéposition

Performances en fonction du chargement total de l'A MEConditions AUTOMOBILE

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

chargement anode + cathode (mg Pt /cm²)

Pui

ssan

ceM

AX (m

W /c

m²)

0

1

2

3

4

g P

t /kW

at P

MA

X

Pulvérisationultrasons

Pulvérisation SérigraphieEnduction

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

chgt total (mgPt/cm²)

g/kW

g/kW à 0,675V

g/kW 0,65V

g/kW 0,45V

DLI MO-CVD

< 0,05 mgPt/cm²

< 0,3 gPt/kW à Pmax

~ 0,8g/kW à 55%rdt

Structures spécifiques

Page 13: Développement d’AME pour gagner un FACTEUR 10 sur le coût

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Retombées et perspectives scientifiques et industrielles :

• Publications : ensemble des études � impact des techniques et composants sur

fonctionnement, propriétés, microstructure des catalyseurs et des AME

• Brevets � procédés – produits – structures

• Développement général de la filière H2 et PAC

� amélioration des connaissances sur le fonctionnement des AME

� Gains applicables pour réduction des coûts, amélioration de la stabilité des AME

• Partenaires industriels � mise à profit de l’ensemble des développements faits et des résultats atteints avec les voies technologiques mises en œuvre dans leur entreprise

FACTEUR 10

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

LRCILV-SPAM

Merci de votre attentionMerci de votre attention

LRCILV-SPAM