Développement de catalyseurs pour électrolyseurs PEM

Sujet détaillé

Contexte : Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) jouent un rôle clé dans la production d’hydrogène vert à partir de l’électrolyse de l’eau. Cependant, le développement de matériaux pour les électrodes reste un défi majeur. Les réactions d’oxydo-réduction nécessitent l’emploi de catalyseurs qui doivent être efficaces et stables dans les conditions sévères de l’électrolyseur (environnement acide et potentiel élevé à l’anode).

Les catalyseurs à base de métaux nobles, comme l’iridium (Ir), sont parmi les plus efficaces pour cette application, mais leur coût élevé pousse à rechercher des alternatives ou à optimiser leur utilisation. Ce stage se propose d’explorer de nouvelles formulations de catalyseurs, notamment des alliages à base d’iridium et de nickel. Le but est de développer des matériaux catalytiques qui réduisent la quantité de métal noble tout en maintenant des performances élevées.

Objectifs :

1. Développement de catalyseurs à base d’iridium et de nickel-iridium :
   Synthèse de catalyseurs à base d’iridium (Ir) et d’alliages iridium-nickel (Ir-Ni) via l’hydrolyse basique et la condensation acide. D’autres techniques de synthèse, telles que le procédé sol-gel, pourront également être envisagées pour optimiser les nanoparticules.
2. Mise en forme des catalyseurs sur la couche de diffusion de gaz :
   Formulation d’une encre catalytique pour le dépôt homogène du catalyseur sur la couche de diffusion des gaz (GDL). Étude de différentes méthodes de dépôt telles que le spray-coating, le dip-coating et le spin-coating pour obtenir des films uniformes et adhérents.
3. Caractérisation des couches catalytiques :
   Caractérisation électrochimique par voltampérométrie cyclique (CV) et spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) pour évaluer l’activité catalytique et la résistance à la corrosion des revêtements dans des conditions simulant celles des électrolyseurs PEM. Caractérisations microstructurales et structurales des couches déposées.

Profil recherché : Étudiant en master 2 ou équivalent (ingénieur) dans les domaines des sciences des matériaux ou de la physique-chimie. Des connaissances en électrochimie seraient appréciées.

Laboratoire d’accueil : CEA Paris-Saclay, laboratoire LICSEN (Laboratoire d’Innovation en Chimie des Surfaces et Nanosciences) de l’UMR NIMBE (CEA-CNRS), 91191 Gif-Sur-Yvette.

Lieu du stage

CEA Saclay, (91) Essonne, France

Conditions de stage

• Durée du stage : 5 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+5
• Formation : Ingenieur/Master
• Poursuite possible en thèse : Oui
• Date limite de candidature : 23 septembre 2024

Responsable du stage

Mélanie Francois
Tél. : 0169089083
Email :

Responsable du laboratoire NIMBE/LICSEN

Frédéric Oswald
Tél. : 0169082149