Électrocatalyse de l'oxygène par l'(oxy)hydroxyde de Ni/Fe avec transport de masse amélioré de l'oxygène
par microscopie électrochimique à balayage
EXPLOITATION DU TRANSPORT DE MASSE PAR MICROSCOPIE À CELLULE ÉLECTROCHIMIQUE À BALAYAGE (SECCM) POUR DES MESURES CINÉTIQUES À L’ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE
À cause du besoin croissant d'énergie propre et renouvelable, les chercheurs s'efforcent de trouver des moyens durables et peu coûteux de produire de l'énergie sans utiliser les combustibles fossiles. Les batteries métal-air sont une technologie prometteuse de la conversion d'énergie. Ces batteries comportent trois parties principales : un électrolyte, une électrode métallique et une électrode à air.
Lorsque les batteries métal-air génèrent de l'électricité, elles utilisent de l'oxygène dans un processus appelé réaction de réduction de l'oxygène (ORR) au niveau de l'électrode à air. Pour recharger les batteries, elles doivent à nouveau produire de l'oxygène grâce à la réaction de dégagement d'oxygène (OER). Ces réactions sont lentes, donc pour accélérer les réactions et rendre les batteries plus efficaces, il est nécessaire d'utiliser des électrocatalyseurs efficaces.
Le défi consiste à trouver un électrocatalyseur capable de catalyser les deux réactions de l'ORR et l'OER, car elles se produisent à des niveaux d'énergie très différents. Les chercheurs tentent donc de trouver un électrocatalyseur spécial (électrocatalyseur bifonctionnel) capable de bien fonctionner à deux niveaux pour rendre les batteries plus efficaces.
C'est déjà découvert que certains oxydes métalliques à base de nickel et de fer (Ni/Fe (oxy) hydroxyde) sont bons pour les OER, mais peu de recherches ont été menées pour observer comment ces matériaux peuvent catalyser l'ORR.
La méthode traditionnelle pour étudier l'électrocatalyse utilise une électrode à disque rotatif (RDE), mais cette méthode présente certaines limites. Par exemple, le transport de masse de l'oxygène présent dans l'électrolyte aqueux vers l'électrode est limité. En outre, cette méthode ne convient pas à la mesure de l'électrocatalyse mono-particule en vue de différencier la réponse de particules de composition similaire, mais de forme ou de taille différentes. Pour ce faire, il est nécessaire de trouver une meilleure méthode capable de fournir un transport de masse plus élevé comme celles utilisées dans les batteries industrielles métal-air.
La microscopie électrochimique à balayage (SECCM) est une technique qui permet aux chercheurs de mesurer l'activité électrochimique à l'échelle nano ou microscopique. Il utilise une pipette à l’échelle nano remplie d'électrolytes pour créer une petite cellule électrochimique à la surface de notre électrocatalyseur et mesurer l'activité à l'échelle nano (une seule particule). Cette méthode présente des avantages pour l'étude de l'électrocatalyse et pourrait permettre d'améliorer les batteries à l'avenir.
Ce travail de recherche vise à étudier l'effet électrocatalytique de mono-particules de Ni/Fe (oxy)hydroxyde pour les deux réactions de réduction et de dégagement d'oxygène en tant qu'électrocatalyseur bifonctionnel utilisant (SECCM) afin de :
1. Étudier l'électrocatalyse de l'oxygène de ces matériaux avec un transport de masse d'oxygène plus élevé, similaire aux conditions industrielles.
2. Étudier l'électrocatalyse d'une seule particule pour trouver quantitativement les sites électrocatalytiques actifs des particules impliquées et l'effet de la forme et de la taille des particules, ce qui conduit à la conception de meilleurs électrocatalyseurs.
Cette recherche est importante car elle peut aider à stocker efficacement les énergies renouvelables et à réduire la dépendance aux combustibles fossiles. Il s'agit de développer de nouveaux matériaux susceptibles d'améliorer les performances des électrocatalyseurs.