Modélisation thermodynamique du revêtement protecteur pour des cellules d'électrolyse à oxyde solide

Dans la poursuite d'un avenir énergétique durable, les cellules d'électrolyse à oxyde solide (SOEC) sont une technologie très prometteuse pour produire de l'hydrogène décarboné par électrolyse de l'eau à haute température (entre 500 et 850°C). Bien qu'une température de fonctionnement élevée offre de nombreux avantages (haut rendement et bas coût), elle peut entraîner une dégradation des interconnecteurs. Des revêtements sont proposés pour améliorer les performances à long terme des interconnecteurs et réduire les problèmes de corrosion. L'objectif est de trouver les meilleurs candidats au revêtement avec une stabilité thermodynamique élevée, une conductivité électrique élevée et une faible diffusion des cations. Dans ce contexte, vous rejoindrez l'équipe LM2T au sein du projet DIADEM (https://www.diadem.cnrs.fr/2023/03/29/atherm_coat/) pour les matériaux innovants.
Votre rôle consistera à :
1)Effectuer des simulations thermodynamiques en utilisant la méthode CALPHAD et le logiciel Thermo-Calc pour prédire la gamme de stabilité d'un ensemble de candidats revêtements (par exemple, oxydes spinelles et pérovskites) et les réactions de décomposition possibles dans différentes conditions atmosphériques (température et pression partielle d'oxygène). Au cours de cette étape, le candidat effectuera également un examen critique des données thermodynamiques disponibles dans la littérature.
2)Coupler les informations obtenues à partir des calculs CALPHAD et des bases de données thermodynamiques pour estimer l'expansion thermique et la conductivité électrique des compositions les plus prometteuses.
Le candidat travaillera en étroite collaboration avec l'équipe expérimentale (ISAS/LECNA et UMR-IPV) produisant les revêtements afin de guider les futurs essais et d'adapter la méthode pour mieux répondre aux besoins de production à grande échelle.

Simulation des phénomènes de noyage dans les PEMFC

La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est aujourd’hui considérée comme une solution pertinente pour une production d’énergie électrique décarbonée, aussi bien pour des applications transport que stationnaire. La gestion des fluides à l’intérieur de ces piles a un impact important sur leur performance et leur durabilité. Les phénomènes de noyage dus à l’accumulation d’eau liquide sont bien connus pour nuire au fonctionnement des piles, provoquant des chutes de performance et des dégradations pouvant être irréversibles. Avec l’utilisation de canaux de plus en plus fins dans des piles toujours plus compactes, ces phénomènes deviennent de plus en plus fréquents. L’objectif de ce post-doc est de progresser dans la compréhension du noyage dans les PEMFC. Les travaux consisteront à analyser le lien entre les conditions de fonctionnement, le design des canaux et les matériaux utilisés dans les cœurs de pile. Ils seront basés sur une approche de modélisation des écoulements diphasiques à différentes échelles, en commençant par une échelle locale au niveau d’une dent et d’un canal, pour parvenir, via une remontée d’échelle, jusqu’au niveau de la cellule complète. L’étude s’appuiera également sur de nombreux résultats expérimentaux obtenus au CEA ou dans la bibliographie.

Simulations massivement parallèles de piles à hydrogène PEM

L'objectif est d'améliorer le code TRUST-FC développé conjointement par le LITEN/DEHT/SAMA et DES/ISAS/DM2S/STMF/LGLS pour la simulation fine des piles à hydrogène PEM et de l'appliquer à des géométries réelles. Financé par le laboratoire virtuel commun AIDAS (CEA/FZJ), un premier travail a permis de construire le modèle électro-chimique et fluidique complet basé sur le code CEA TRUST, et de le comparer avec son homologue basé sur OpenFoam. Suite à cela, le candidat adaptera l'ensemble de la chaine de calcul à des maillages de taille croissante pour arriver à des maillages de plaques bipolaires complètes de plusieurs centaines de millions d'éléments. D'autre part, il introduira des modèles d'écoulements diphasiques afin d'adresser les enjeux technologiques actuels(problèmes d'assèchement ou de noyage local).
Cet ambitieux projet est activement soutenu par une collaboration étroite avec la DES et avec FZJ.

Production d’hydrogène et d’ammoniac à partir d’un champ éolien offshore

Depuis 2013, le CEA Tech met progressivement en place des Plates-formes régionales de transfert technologique (PRTT), avec l’appui des collectivités territoriales pour répondre spécifiquement aux besoins d’innovation du tissu industriel régional, avec un rôle complémentaire de celui des acteurs scientifiques et économiques en place. Ce projet s’inscrit dans la thématique d’innovation «marinisation des systèmes énergétiques » développé au sein de la PRTT des Pays de la Loire (DPLL) qui a notamment pour but de contribuer à définir des architectures de conversion énergétiques innovantes prenant en compte les contraintes environnementales et d’usages en milieu maritime. Ces travaux s’appuient sur un fort background du LITEN (Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux) en outils de modélisation et d’optimisation de chaines énergétiques multi-physiques et sur une expertise croissante de la PRTT sur l’exploitation et l’adaptation de ces outils aux contraintes maritimes.

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