Electrochemical behaviour of architectured and nanostructured coatings on metallic substrate for fuel cell applications

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) permettent de convertir l’énergie chimique du dihydrogène en énergie électrique. Parmi elles, les HT-PEMFC fonctionnent à haute température (au-delà de 120°C) et grâce à des membranes à base de PBI contenant de l’acide orthophosphorique. Dans cette technologie, les plaques bipolaires subissent des phénomènes de corrosion qui peuvent engendrer une importante baisse des performances de la pile à combustible. L’objet de ce travail est de proposer une solution de protection par un revêtement de nitrures monophasés, déposé par pulvérisation cathodique magnétron réactive ou par HiPIMS réactif. L’influence de la structure cristalline et de la microstructure des revêtements sur les propriétés physico-chimiques a été étudiée. Les propriétés électrochimiques des revêtements obtenues ont été quantifiées suivant deux approches. Dans un premier temps, la résistance à la corrosion des revêtements développés a été caractérisée à température ambiante et en température dans un électrolyte liquide. Ce travail a permis de démontrer la pertinence de ces composés pour leurs propriétés anticorrosion. Des tests en pile à combustible (monocellule) ont ensuite été réalisés. Les performances électrochimiques ont été évaluées ainsi qu’une étude du vieillissement du système.Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) are used to convert chemical energy of dihydrogen in electrical energy. HT-PEMFC are working at high temperature (above 120°C) and with orthophosphoric acid doped PBI membrane. In this kind of fuel cell, the corrosion phenomenon on the bipolar plates lead to an important decrease of the cell performances. The aim of this work is to propose a solution with the use of a protective coating based on monophased nitrides, obtained by reactive magnetron sputtering or reactive HiPIMS. The influence of structure and microstructure on the physical-chemical properties were studied. Electrochemical properties were quantified following two approaches. First, the corrosion resistance of the developed coatings was measured at room temperature and in temperature using a liquid electrolyte. This work shows the relevance of this compounds and their protection against corrosion. Then, some tests were realised in fuel-cell (single-cell). Electrochemical performances were evaluated as well as the aging of the system