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PEMFC moyenne température : impact des procédés de séchage des couches catalytiques sur leurs microstructure et performance

Défis technologiques Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil Sciences pour l’ingénieur Solutions avancées pour l’hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique

Résumé du sujet

- La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC, utilisant l’hydrogène et l’air comme carburants) est une solution pertinente pour la production d’énergie électrique à faible teneur en carbone. Cependant, il est nécessaire d’améliorer davantage ses performances et sa durabilité, et de réduire son coût.
- Dans cet esprit, le projet national français PEMFC95 vise à développer et caractériser des matériaux pour PEMFC capables de fonctionner durablement à 95°C (le standard est de 80°C) et donc plus adaptés et attractifs pour les applications transport lourd (bus, camions, trains…). Il est soutenu par le Programme et Equipements Prioritaires de Recherche sur l’hydrogène décarboné (PEPR-H2).
- Le composant étudié dans cette thèse est la couche de catalyseur (CL pour Catalyst Layer) qui est un mélange de Pt/C (platine sur particules de carbone), ionomère conducteur H+ et solvants. L’optimisation de la CL en termes de distribution spatiale du Pt/C, de l’ionomère et des pores est cruciale pour améliorer les performances et la durabilité. Ceci est directement lié à la formulation de l’encre et au processus de fabrication utilisé pour produire la CL. Cependant, la relation entre les procédés et paramètres de fabrication des CL, leur structure et la distribution spatiale des composants, ainsi que la performance et la durabilité des PEMFC, reste une question ouverte. L’objectif de votre thèse de doctorat est de progresser sur ce point, en se concentrant sur l’étape de séchage mise en œuvre dans le procédé de fabrication par enduction (bar coating).
- Vous contribuerez au projet PEMFC95 grâce à vos développements scientifiques/technologiques pour comprendre l’impact du processus de séchage et de ses paramètres, sur la microstructure de la CL et faire le lien avec les performances et la durabilité de la PEMFC.
- Vous aurez des échanges et des réunions avec les partenaires du projet et avec le CNRS/IMFT (Toulouse), spécialiste des phénomènes de transport dans les milieux poreux.
- Vous serez embauché(e) par le CEA-Grenoble et travaillerez avec du personnel permanent et non permanent du laboratoire, ingénieurs et techniciens (hommes et femmes), pour discuter de vos idées, effectuer vos expériences et analyser les données. Votre directeur de thèse sera Joël Pauchet qui vous apportera sa connaissance des milieux poreux pour les PEMFC et de la modélisation des transferts, et de Christine Nayoze-Coynel pour son savoir-faire sur les CL et MEA (membrane Electrode Assembly) et leur fabrication.

Des informations complémentaires sont disponibles dans la PJ et/ou sur demande.

Laboratoire

Département de l’Electricité et de l’Hydrogène pour les Transports (LITEN)
Service des Technologies Piles et Electrolyseurs basses températures
Laboratoire Membranes Electrodes Assemblages
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