05.05.2026 by Aileen Sammler
La thermogravimétrie rencontre l'hydrogène (partie 3) : Étude des réactions d'oxydoréduction du Cu et du CuO sous atmosphère d'hydrogène
Découvrez comment les réactions cycliques d'oxydoréduction du CuO/Cu peuvent être analysées par une AGT à l'adresse NETZSCH afin d'évaluer les mécanismes de réaction, la réversibilité et la stabilité à long terme du matériau.
La thermogravimétrie rencontre l'hydrogène
L'hydrogène est un élément clé des concepts d'énergie et de processus durables, en particulier dans le domaine des hautes températures et du développement des matériaux.
En Partie 1 de notre série de blogs "La thermogravimétrie rencontre l'hydrogène", nous avons présenté les principes fondamentaux de l'analyse thermogravimétrique compatible avec l'hydrogène et expliqué pourquoi les atmosphères d'hydrogène contrôlées sont essentielles pour étudier les matériaux liés à l'hydrogène.
Dans la Partie 2nous nous sommes concentrés sur la réduction du Fe2O3 à différentes concentrations deH2.
Dans cette partie 3, l'étape suivante consiste à appliquer la même méthodologie à un système d'oxyde métallique dont les voies de réaction sont bien définies: le couple redox CuO/Cu. Cet exemple illustre clairement comment l'analyse thermogravimétrique sous hydrogène peut être utilisée pour évaluer la stabilité redox à long terme, la réversibilité et les effets de dégradation dans des conditions pertinentes pour l'application.
Pourquoi CuO/Cu est-il une référence solide ?
Les oxydes métalliques redox-actifs ont été largement utilisés comme matériaux modèles dans la recherche sur l'hydrogène. Notre nouvelle note d'application démontre le comportement redox cyclique bien établi du système d'oxyde de cuivre (CuO/Cu) sous hydrogène.
La réduction et l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation par étapes des oxydes de cuivre sont largement décrites dans la littérature et fréquemment utilisées comme système de référence dans les études sur le bouclage chimique, le stockage de l'énergie et les processus thermochimiques.
Les travaux publiés soulignent comment les cycles redox répétés peuvent entraîner des changements structurels et une cinétique modifiée dans des conditions isothermes et non isothermes (par exemple, Chen et al., 2024 ; Cerciello et al., 2024), ainsi que la cinétique d'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation des matériaux à base de cuivre(Jahromy et al., 2019).
L'instrumentation utilisée NETZSCH
Toutes les expériences décrites dans l'étude ont été réalisées à l'aide du logiciel NETZSCH STA 509 Jupiter® en combinaison avec le système de sécurité H₂Secure H₂Secure
Cette configuration permet de travailler en toute sécurité dans des atmosphères d'hydrogène tout en garantissant des conditions expérimentales stables et reproductibles lors de changements de gaz répétés.
La configuration prend en charge
- Un flux de gaz défini vers l'échantillon
- Surveillance continue des conditions du processus
- Purge automatisée du gaz inerte pour maintenir des scénarios sûrs
- La surveillance de la pression pour éviter des conditions de fonctionnement anormales.
Le système est donc particulièrement adapté aux expériences à long terme sur les cycles d'oxydoréduction.
Ce que montre l'expérience : Réduction stable, OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation changeante
L'expérience présentée fait tourner le CuO à 500°C, en alternant entre :
- 100% d'hydrogène pour la réduction et
- l'air synthétique (21% O₂) pour l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation.
Le signal thermogravimétrique révèle deux comportements distincts :
Laréduction est restée entièrement reproductible sur l'ensemble des cycles.
La perte de masse lors de la réduction a été d'environ 20,1%, ce qui est en excellent accord avec la valeur théorique de 20,11% pour la réduction complète du CuO en cuivre métallique. Après la réduction, l'échantillon s'est stabilisé à 79,9% de masse, cycle après cycle.
L'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation a cependant diminué progressivement au cours des cycles successifs.
L'augmentation de masse liée à l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation est passée de 20,1% au cours du premier cycle à 19,0% puis à 18,2%.
La note d'application suggère que ce comportement peut être attribué à des effets de passivation de surface ou à l'agglomération de particules, qui limitent l'accès à l'oxygène et réduisent l'exhaustivité de l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation au fil du temps.
Ces changements subtils sont essentiels pour les applications réelles de l'hydrogène. Ils ne deviennent visibles que par l'analyse thermogravimétrique cyclique.
Pour en savoir plus, consultez la note d'application complète
les conditions expérimentales détaillées, les courbes et les interprétations sont disponibles ici :
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