Comment les catalyseurs à base d'oxyde de cuivre sont-ils utilisés dans les piles à combustible ?

L'oxyde de cuivre, un matériau inorganique important, trouve de nombreuses applications en catalyse et en céramique. Dans le domaine des piles à combustible, grâce à son prix relativement bas et à l'abondance de ses ressources, l'oxyde de cuivre est devenu l'un des catalyseurs les plus prometteurs pour remplacer les métaux précieux.

L'oxyde de cuivre joue un rôle clé dans les piles à combustible, et sa valeur réside principalement dans son activité catalytique et son faible coût.

En termes de performances catalytiques, l'oxyde de cuivre possède différents états de valence, pouvant passer de Cu⁰ à Cu²⁺, ce qui améliore non seulement l'activité catalytique, mais aussi la stabilité du processus. Prenons l'exemple de la réaction de réduction de l'oxygène (RRO) : le catalyseur composite formé par l'effet synergique de CuO et de Co₂⁺ présente une activité RRO supérieure (E_1/2 = 0,83 V) et une stabilité à long terme plus importante que les catalyseurs commerciaux platine-carbone.

De plus, lorsque l'oxyde de cuivre forme des catalyseurs composites avec d'autres oxydes métalliques, il peut produire un effet synergique, améliorant significativement les performances catalytiques.

Par exemple, le catalyseur CuO/CeO₂ a fait l'objet de nombreuses études en raison de ses excellentes performances d'oxydation du CO.

Les catalyseurs à base d'oxyde de cuivre trouvent d'importantes applications dans divers types de piles à combustible, témoignant de leur large applicabilité. Dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), les catalyseurs à base d'oxyde de cuivre sont principalement utilisés pour l'oxydation préférentielle du CO en milieu riche en hydrogène (CO-PROX).

En effet, même des traces de CO (inférieures à 10 ppm) peuvent empoisonner et désactiver l'électrode de platine, tandis que le catalyseur CuO/CeO₂ permet d'éliminer efficacement le CO de l'hydrogène, assurant ainsi le bon fonctionnement de la pile à combustible.

Dans les piles à combustible à méthanol direct (DMFC), l'oxyde de cuivre peut servir de catalyseur anodique pour favoriser la réaction d'oxydation du méthanol.

Des études ont montré que les électrodes de Cu₂O et de CuO présentent une activité catalytique et une grande stabilité pour l'électro-oxydation du méthanol.

Dans les DMFC, les électrodes de Cu₂O et de CuO préparées par pulvérisation réactive présentent non seulement une bonne activité électrocatalytique, mais aussi d'excellentes performances de stockage d'énergie électrochimique, avec des capacités spécifiques atteignant respectivement 215 F/g et 272 F/g.

Dans les piles à combustible microbiennes, les oxydes bimétalliques FeCu, agissant comme catalyseurs de réduction de l'oxygène, améliorent considérablement la stabilité des cellules.

author: Hazel
date: 2025-11-24