Le cyberjournal En Tête présente le résumé de la thèse de doctorat en sciences de l’énergie et des matériaux  de monsieur Daouda Fofana, intitulée «Modélisation et conception d’électrode cathodique multicouche à faible quantité de platine et haute performance pour les piles à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFC)».

La problématique de cette thèse est étroitement liée au développement de nouvelles électrodes cathodiques à faible quantité de platine pour pallier aux problèmes du coût et de la gestion d’eau dans les piles à combustible de types PEM. En effet, la vitesse de réduction de l’oxygène à la cathode est celle qui contribue de manière significative aux pertes par surtension, par comparaison à celle de l’anode, nécessitant ainsi une densité importante de platine (~0.3 mg/cm²), métal noble et dispendieux. En outre, les phénomènes de noyage entravent la diffusion des espèces vers les sites réactifs conduisant à une baisse des performances de la pile. Ainsi, la mise au point d’une nouvelle électrode cathodique multicouche formée par l’alternance de couches de Carbone-Nafion (CN) ou de carbone-Polytétrafluoroéthylène (CPTFE) et de platine a fait l’objet de cette thèse. La conception de l’électrode cathodique a été effectuée en se basant sur la technique de pulvérisation sous vide. Par conséquent, nous avons réussi à réduire  la quantité de platine à 0.05 mg/cm² au niveau de la cathode tout en gardant une bonne performance de la pile PEM.

Parallèlement à l’étude expérimentale, un modèle mathématique permettant de décrire les phénomènes physiques ayant lieu au niveau de l’électrode cathodique a été développé et résolu avec Comsol Multiphysics^® 3.5a, un logiciel de calcul commercial à base d’éléments finis. Nos résultats numériques ont été validés avec les mesures expérimentales caractérisant le fonctionnement de la pile.

L’analyse de ces résultats numériques et expérimentaux nous a  permis de mettre en évidence l’importance de la réduction de l’épaisseur de la couche active et de la distribution du platine sur l’optimisation du fonctionnement de la pile. Une telle conception de l’électrode cathodique a aussi permis une bonne répartition de l’eau produite au cours de la réaction électrochimique de réduction de l’oxygène et celle induite par le phénomène de condensation. Comparativement aux électrodes standard, de fortes densités de courant limite ont pu être obtenues par l’utilisation de ces électrodes cathodiques à structure multicouche.

M. Pierre Bénard, Ph. D., codirecteur de recherche
Professeur
Université du Québec à Trois-Rivières

M. Jacques Goyette, Ph. D., président du jury
Professeur
Université du Québec à Trois-Rivières

M. Oumarou Savadogo, Ph. D., évaluateur externe
Professeur
Polytechnique de Montréal

M. Dilip Sarkar, Ph. D., évaluateur externe
Professeur
Université du Québec à Chicoutimi