Une nouvelle stratégie améliore les performances de réduction de l'oxygène des pérovskites dans les piles à combustible à hydrogène

Un groupe de recherche a rapporté une nouvelle méthode pour améliorer la surface électrochimique (ECSA) dans une pérovskite dopée au calcium, La_0,6Californie_0,4MnO₃ (LCMO64), surmontant ainsi un goulot d'étranglement courant dans l'application des oxydes de pérovskite comme électrocatalyseurs dans les piles à combustible à hydrogène.

Les détails des résultats ont été rapportés dans la revue Matériaux avancés le 29 novembre 2023.

Les oxydes de pérovskite présentent des propriétés intéressantes et diverses, ce qui les rend précieux dans diverses applications technologiques. Leurs activités intrinsèques élevées les positionnent également comme une alternative prometteuse aux catalyseurs à métaux nobles pour catalyser efficacement la réaction de réduction de l'oxygène (ORR). Cependant, leur application est encore entravée par leur mauvaise conductivité électrique et leur faible surface spécifique.

“Notre processus de lixiviation du calcium induit électrochimiquement a considérablement augmenté l'ECSA dans le LCMO64”, souligne Hao Li, professeur agrégé à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku (WPI-AIMR) et auteur correspondant de l'article. « Le LCMO64 activé et déficient en calcium a démontré un ECSA environ 33,84 % supérieur à celui des matériaux non activés, démontrant des performances ORR électrocatalytiques supérieures, surpassant le catalyseur Pt/C commercial de référence dans une solution alcaline.

Pour tester les références du matériau, Li et ses collègues ont mené une analyse théorique ainsi qu’un sondage électrochimique de l’état de surface et une modélisation microcinétique dépendante du pH. Les résultats suggèrent que ce catalyseur atteint l'optimum Sabatier de l'ORR alcalin.

Cette recherche marque la première fois qu’une stratégie impliquant le dopage au calcium (Ca) est utilisée pour surmonter les défis associés à la faible conductivité et à la faible surface spécifique des oxydes de pérovskite. Le phénomène unique de lixiviation du Ca observé dans des conditions ORR entraîne une rugosité de surface plus élevée, augmentant considérablement la surface disponible pour l'ORR et augmentant ainsi les performances du catalyseur.

“Trouver des électrocatalyseurs peu coûteux et efficaces pour l'ORR dans les piles à combustible à hydrogène a constitué un défi de taille”, ajoute Li. “Notre travail répond non seulement à ce défi, mais propose également une nouvelle stratégie pour améliorer les performances électrocatalytiques des oxydes de pérovskite. Cette avancée a des implications considérables pour l'adoption généralisée de la technologie des piles à combustible à hydrogène.”