Étude de l'adsorption et de l'absorption d'hydrogène dans le palladium en milieu alcalin

Alors que les batteries de type Ni-MH sont disponibles commercialement depuis le début des années 1990, les mécanismes d'adsorption et d'absorption de l'hydrogène dans les métaux ne sont pas encore parfaitement compris. Dans la perspective d'améliorer notre compréhension de l'aspect fondamental de ces systèmes, le palladium a été considéré comme matériau modèle pour les alliages métalliques complexes utilisés dans ce type de batterie. Notre groupe a précédemment étudié l'insertion d'hydrogène dans le palladium en milieu acide. Cependant, puisque les batteries Ni-MH commercialisées fonctionnent en milieu alcalin, il était logique de poursuivre cette étude dans NaOH 0,1 M, ce qui a été le but principal des travaux présentés. Afin d'acquérir une meilleure compréhension des mécanismes en jeu, l'utilisation de dépôts nanométriques de palladium sur des électrodes d'or polycristallines s'est imposée. La séparation de l'adsorption et de l'absorption, tant du point de vue de la cinétique (mesures d'impédance) que de la thermodynamique (mesures d'isothermes d'adsorption et d'absorption), a été réalisée pour la première fois en milieu alcalin. Cette étude a notamment révélé que le taux de recouvrement maximal du palladium par l'hydrogène adsorbé est bien plus faible en milieu alcalin (35 %) qu'en milieu acide (> 80 %). Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette différence, et la recherche d'une réponse a entraîné le projet vers l'utilisation de dépôts encore plus minces, à savoir des monocouches de palladium sur des monocristaux d'or (111). Ce type d'échantillons a été étudié pour la première fois en milieu alcalin. Les résultats obtenus ont permis de prouver que c'est la co-adsorption de contaminants, inhérente à l'utilisation de solution alcaline, qui est responsable de la faible valeur du taux de recouvrement maximal du palladium par l'hydrogène. Cette conclusion a grandement compliqué l'étude menée; toutefois, un protocole expérimental de nettoyage de la surface de palladium par voltampérométrie cyclique en milieu acide a été mis au point. Grâce à ça, des résultats reproductibles ont pu être obtenus dans NaOH 0,1 M, en limitant l'interférence des contaminants. Il a ainsi été démontré que l'influence du substrat d'or était très importante sur l'adsorption et l'absorption d'hydrogène dans le palladium pour les dépôts les plus minces (épaisseurs de moins de 7 monocouches), tant au niveau des isothermes (l'adsorption et l'absorption commencent à des potentiels plus positifs sur les monocouches) que de la cinétique (la résistance de transfert de charge est plus faible sur les monocouches). Afin de confirmer les résultats obtenus lors de la séparation de l'adsorption et de l'absorption d'hydrogène dans le palladium, une molécule poison a été utilisée : le benzotriazole. Un effet intéressant du benzotriazole est qu'il accélère la réaction d'absorption tout en bloquant partiellement l'adsorption. Ceci a permis de conclure que le mécanisme direct d'absorption est plus rapide que le mécanisme indirect, et a amené à considérer l'hydrogène adsorbé comme un poison pour l'absorption. De plus, le fait que l'absorption soit accélérée par l'adsorption de benzotriazole a ouvert la porte à une application possible pour ces recherches. Ainsi, l'effet de cette molécule a été testé sur une poudre de LaNi[indice inférieur 4,7]Al[indice inférieur 0,3], matériau plus similaire à ceux utilisés industriellement pour la conception de pile Ni-MH. Enfin, l'utilisation de la spectroscopie d'impédance a amené certaines questions sur un des éléments utilisés pour l'approximation des résultats : l'élément à phase constante. Cet élément est très largement utilisé pour modéliser les capacités, mais son origine physique n'est pas encore claire. L'effet de différents paramètres pouvant causer l'apparition d'un comportement de type CPE a donc été testé en utilisant des électrodes de platine polycristallin dans H[indice inférieur 2]SO[indice inférieur 4] 0,1 M