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Élaboration d’alliages ternaires métastables et de films sandwichs à base de métaux du groupe du platine pour l’électro-oxydation de l’ammoniaque.

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Hammat, Saïd (2022). Élaboration d’alliages ternaires métastables et de films sandwichs à base de métaux du groupe du platine pour l’électro-oxydation de l’ammoniaque. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 119 p.

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Résumé

L’augmentation continue de nos besoins énergétiques et le réchauffement climatique sont les facteurs principaux qui poussent les scientifiques à chercher des sources énergétiques plus robustes, non polluantes, durables et peu chères. Les piles à combustibles à base d’ammoniaque sont l’une des solutions prometteuses dues aux propriétés remarquables de l’ammoniac. En effet, par rapport à l’hydrogène, ce dernier possède une densité énergétique plus élevée, un stockage et un transport moins couteux et plus sécuritaires, et son oxydation donne des produits non polluants. Cependant, les anodes des présentes piles sont caractérisées par une faible densité de courant, un potentiel d’activation élevé, une faible stabilité et sont couteuses. Des études ont montré que le platine est l’élément le plus actif pour la réaction d’électro oxydation de l’ammoniaque. De plus, cette réaction est fortement favorisée par les larges terrasses orientées (100). D’autres travaux ont trouvé que l’ajout d’éléments du groupe du platine, particulièrement l’iridium et lerhodium, ont tendance à améliorer la densité de courant anodique maximal, réduire le potentiel d’activation de cette réaction et augmenter la stabilité des électrodes. À partir de cela, on s’est demandé : (i) s’il était possible de déposer par ablation laser pulsé des films à base de l’alliage ternaire Pt1-x-yIrxRhy et des films sandwichs Pt/Ir/Pt orientés (100) ainsi que des siliciures polycristallins à base des métaux du groupe du platine; et (ii) s’ils étaient la solution aux faibles caractéristiques cités ci-dessus. Les résultats obtenus à travers notre étude montrent que non seulement il est possible d’obtenir de tels films, mais aussi que des activités trois fois plus élevées et des potentiels d’activation jusqu’à 0.150V plus négatifs que le platine peuvent être atteint.

The continuous increase of our energy needs accompanied by the dramatic consequence of global warming are the main factors that push scientists to look for more robust, non-polluting, sustainable and cheap energy sources. Ammonia-based fuel cells are one of the promising solutions due to the remarkable properties of ammonia. Indeed, compared to hydrogen, it has a higher energy density, is cheaper and safer to store and transport; and its oxidation gives non-polluting products. However, the anodes of the present fuel cells are characterized by a low current density, a high activation potential, a weak stability and are expensive. Studies have shown that platinum is the most active element for the electro-oxidation reaction of ammonia. In addition, this reaction is strongly enhanced by large terraces oriented (100). Other works have found that the addition of platinum group elements, particularly iridium and rhodium, tend to improve the maximal anodic current density, reduce the activation potential of this reaction and increases the stability of the electrode. From this, we wondered: (i) if it is possible to deposit by pulsed laser ablation films made of Pt1-x-yIrxRhyternary alloy and Pt/Ir/Pt sandwiches oriented (100) as well as polycrystalline silicides of platinum group metals; and (ii) if they are the solution to the weak characteristics listed above. The results of our study show that not only it is possible to obtain such films, but also that catalytic activities three times higher and activation potentials up to 0.150V more negative than platinum can be achieved.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Guay, Daniel
Mots-clés libres: ablation par laser pulsé; couches minces; métaux du groupe de platine; électro-oxydation de l’ammoniaque; densité de courant anodique maximal; potentiel d’activation; pulsed laser deposition; thin films; platinum group metals; electro-oxidation of ammonia; anodic peak current density; onset potential
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 07 déc. 2022 21:05
Dernière modification: 24 janv. 2023 15:14
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/13125

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