Une équipe de chercheurs a mis au point une méthode innovante pour augmenter l’aire de surface électrochimique (ECSA) dans une pérovskite dopée au calcium, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’utilisation des oxydes de pérovskite comme électrocatalyseurs dans les piles à combustible à hydrogène.
Les oxydes de pérovskite présentent des propriétés diverses et intéressantes, ce qui les rend précieux dans diverses applications technologiques. Leur haute activité intrinsèque les positionne également comme une alternative prometteuse aux catalyseurs en métaux nobles pour catalyser efficacement la réaction de réduction de l’oxygène (ORR).
Leur utilisation est encore entravée par leur faible conductivité électrique et leur faible aire de surface spécifique.
« Notre processus de lixiviation du calcium induit électrochimiquement a considérablement augmenté l’ECSA dans le LCMO64 », souligne Hao Li, professeur associé 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 une ECSA environ 33,84% supérieure à celle des matériaux non activés, démontrant une performance électrocatalytique ORR supérieure – surpassant le catalyseur commercial Pt/C de référence dans une solution alcaline. »
Une stratégie inédite pour surmonter les défis
Pour tester les performances du matériau, Li et ses collègues ont mené une analyse théorique ainsi que des tests de l’état de surface électrochimique et une modélisation microcinétique dépendante du pH.
Les résultats suggèrent que ce catalyseur atteint l’optimum de Sabatier de l’ORR alcalin.
Cette recherche marque la première fois qu’une stratégie impliquant le dopage au calcium (Ca) a été utilisée pour surmonter les défis associés à la faible conductivité et à l’aire de surface dans les oxydes de pérovskite.
Le phénomène unique de lixiviation du Ca observé dans les conditions de l’ORR entraîne une rugosité de surface plus élevée, augmentant considérablement l’aire de surface disponible pour l’ORR et améliorant ainsi les performances du catalyseur.
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En synthèse
« Trouver des électrocatalyseurs efficaces et à faible coût pour l’ORR dans les piles à combustible à hydrogène a été un défi significatif », ajoute Hao Li. « Notre travail non seulement répond à ce défi, mais offre également une nouvelle stratégie pour améliorer les performances électrocatalytiques des oxydes de pérovskite. Cette découverte a des implications majeures pour l’adoption généralisée de la technologie des piles à combustible à hydrogène. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’aire de surface électrochimique (ECSA) ?
L’ECSA est une mesure de la surface totale d’un matériau qui est disponible pour les réactions électrochimiques.
Qu’est-ce que la pérovskite ?
La pérovskite est un minéral qui a été nommé en l’honneur du minéralogiste russe Lev Perovski. Il est utilisé dans une variété d’applications, y compris les cellules solaires et les catalyseurs.
Qu’est-ce que l’ORR ?
L’ORR, ou réaction de réduction de l’oxygène, est une réaction chimique qui se produit dans les piles à combustible et les batteries à air, où l’oxygène est réduit pour produire de l’eau ou de l’hydroxyde.
Qu’est-ce que le dopage au calcium ?
Le dopage au calcium est une technique utilisée pour améliorer les propriétés d’un matériau en y incorporant des ions calcium.
Qu’est-ce que l’optimum de Sabatier ?
L’optimum de Sabatier est un concept en catalyse qui stipule qu’un bon catalyseur doit avoir une force de liaison ni trop forte ni trop faible avec les molécules de réactif.
Références
Article : « Cation-Deficient Perovskites Greatly Enhance the Electrocatalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction » / Auteurs : Qun Li, Di Zhang, Jiabin Wu, Simin Dai, Heng Liu, Min Lu, Renwen Cui, Wenxi Liang, Dingsheng Wang, Pinxian Xi, Meilin Liu, Hao Li, Liang Huang / Journal: Advanced Materials / DOI: 10.1002/adma.202309266z
