Les travaux sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society .

Les piles à combustible à hydrogène convertissent l'énergie chimique de l'hydrogène en énergie électrique grâce à des réactions séparées de combustibles hydrogène et d'agents oxydants (oxygène). Parmi les piles à combustible à hydrogène, les piles à combustible à membrane électrolytique polymère haute température (HT-PEMFC) sont intéressantes pour les sources d’électricité micro-stationnaires. Un inconvénient de ces HT-PEMFC est que l'acide phosphorique (H₃ PO₄ ) le conducteur protonique s'échappe du H₃ PO₄ -Membrane de polybenzimidazole dopée et empoisonne le catalyseur au platine.

Des études récentes montrent d'autres complications lors du fonctionnement du HT-PEMFC, où une partie du H₃ PO₄ pourrait être réduit à H₃ PO₃ , ce qui peut empoisonner davantage les catalyseurs au platine, entraînant une perte significative de performances.

Une étude antérieure menée par l'équipe du professeur Marcus Bär a montré que des processus opposés se produisent également à l'interface entre le Pt et le H₃ aqueux. PO₃ et que les interactions entre le catalyseur au platine et le H₃ PO₃ /H₃ PO₄ sont très complexes :Alors que H₃ PO₃ peut conduire à un empoisonnement du catalyseur au platine, en même temps le platine peut catalyser l'oxydation de H₃ PO₃ retour à H₃ PO₄ .

Expériences dans des conditions réalistes

Afin d'étudier le comportement d'oxydation du H₃ aqueux PO₃ dans des conditions proches des conditions de travail des HT-PEMFC, l'équipe de Bär a maintenant analysé les processus chimiques à l'aide d'une cellule électrochimique chauffable conçue en interne et compatible avec les études aux rayons X in situ à la station finale OÆSE récemment installée dans l'Energy Materials In -situ Laboratoire Berlin (EMIL).

Ils ont utilisé une lumière intense de rayons X dans la gamme d’énergie des rayons X tendres (2 keV – 5 keV), fournie par la ligne de lumière EMIL de la source de rayons X BESSY II. Dans cette gamme d'énergie, la spectroscopie de structure d'absorption des rayons X (XANES) au bord P K est utilisée pour surveiller les processus d'oxydation à partir de H₃ PO₃ à H₃ PO₄ .

Différentes réactions d'oxydation examinées

"Nous avons ainsi découvert différents processus pour cette réaction d'oxydation, notamment l'oxydation chimique catalysée par le platine, l'oxydation électrochimique sous polarisation de potentiel positif au niveau de l'électrode de platine et l'oxydation favorisée par la chaleur. Ces résultats spectroscopiques in situ sont également confirmés par chromatographie par échange d'ions et caractérisations électrochimiques in situ », explique Enggar Wibowo, premier auteur de l'étude et titulaire d'un doctorat. candidat dans l'équipe de Bär.

"Remarquablement, toutes ces voies d'oxydation impliquent des réactions avec l'eau, ce qui montre que l'humidité à l'intérieur de la pile à combustible a une influence significative sur ces processus."

En outre, les résultats suggèrent également des améliorations possibles des conditions de fonctionnement des piles à combustible HT-PEM, par ex. en contrôlant l'humidification pour oxyder le H₃ PO₃ retour à H₃ PO₄ .

"Des ajustements correspondants aux conditions de fonctionnement des HT-PEMFC pourraient être mis en œuvre pour prévenir l'empoisonnement du catalyseur par H₃ PO₃ et améliorer l'efficacité de ces piles à combustible", souligne Wibowo.

"Le travail clarifie une voie de dégradation clé des piles à combustible et constitue une contribution sur la voie d'un H₂ "Cela montre également le grand avantage des rayons X tendres, et nous attendons avec impatience BESSY III, qui vise à combler le fossé des rayons X tendres", déclare le professeur Marcus Bär. ."