Caractérisation et développement de nouveaux électrocatalyseurs pour l'électrolyse de l'eau en milieux alcalins

Abstract

Des électrodes fabriquées de poudres de nickel liées par la polymérisation in-situ du phosphate de lanthane ont été développées et testées pour la production d'hydrogène en solutions alcalines. La stabilité mécanique et électrochimique du matériau est supérieure lorsque les poudres de Ni sont liées avec le phosphate de lanthane plutôt que le phosphate d'aluminium. Les performances sont par contre indifférentes du contenu et de la nature du polymère, ainsi que de la pression de moulage des électrodes. Les électrodes obtenues de la polymérisation des poudres de nickel, couvertes de Rh et de Ru par une déposition chimique, ont démontrées des performances exceptionnelles avec des contenus très faibles en métaux précieux. Les courbes de polarisation cathodique et les études d'impédance ont permis d'étudier le mécanisme et la cinétique de ces nouveaux matériaux et de les relier aux caractéristiques chimiques et morphologiques de la surface de l'électrodes. Ces caractéristiques sont grandement affectées par les conditions de préparation, particulièrement la température de polymérisation. Les mécanismes de désactivation des électrodes de Ni, Ni/Rh et Ni/Ru liée au phosphate de lanthane ont été étudiés par des méthodes électrochimiques et des méthodes physiques de caractérisation des surfaces. Deux mécanismes de désactivations ont été observés: l'absorption d'hydrogène et la déposition des impuretés de fer. L'absorption d'hydrogène semble être le processus le plus néfaste pour les électrodes de Ni, particulièrement à court terme. Le recouvrement de Rh et de Ru à la surface des particules de Ni, semble former une couche protectrice contre les deux phénomènes de désactivation, permettant des performances stables dans le temps. Nous avons discuté de l'influence de la température et des propriétés physicochimiques des solutions sur l'activité intrinsèque des électrodes poreuses de poudres de Ni liées au phosphate. Les performances électrocatalytiques pour la ROH des électrodes de Ni sont de beaucoup améliorées par l'utilisation des solutions de KOH par rapport aux solutions de NaOH. Puisque les paramètres thermodynamiques mesurables de la ROH se sont avérés indépendants des caractéristiques de l'électrolyte, nous avons proposé que l'augmentation de l'activité dans KOH soit reliée à la meilleure conductivité de la solution, ce qui permet une utilisation plus efficace de la morphologie poreuse de l'électrode. Nous avons également démontré que l'entropie d'activation de la ROH est une fonction du potentiel ce qui expliquerait que le coefficient de transfert soit une fonction linéaire de la température. L'activité intrinsèque des électrodes de Ni est augmentée avec l'augmentation de la température d'électrolyse.