PDF de l’offre: Français – English
Durée du contrat (en mois)
24 mois
Description de l’offre
Contexte du projet: le développement de matériaux pour PEMFC
Dans un contexte d’accélération des développements associés à la pile à combustible de type PEMFC pour la décarbonatation de la mobilité, les verrous identifiés que sont le coût et la durabilité des systèmes restent à lever. Pour se faire, des recherches actives sont menées sur les matériaux actifs. À l‘heure actuelle, les électrocatalyseurs les plus prometteurs restent le platine sur support carboné (Pt/C). Cependant, le carbone peut être oxydé électrochimiquement dans les conditions de fonctionnement des piles à combustible PEM, ce qui entraîne l’agglomération et la coalescence des nanoparticules de Pt (Pt-NPs) sur les matériaux de support ou leur détachement et dégrade les performances des piles à combustible. Dans ce contexte, le LITEN étudie d’autres dérivés carbonés comme support de catalyseur notamment les carbones mésoporeux, qui permettent d’ancrer les Pt-NPs et ainsi de limiter leur migration ou leur coalescence. Ces travaux ont permis d’établir qu’un compromis entre la surface développée et le degré de graphitisation des supports carbonés devait être atteint pour cibler des catalyseurs plus durables et catalytiquement efficaces.
Description du projet post-doctoral
Le but du projet est de développer et de tester pour l’ORR, un matériau à base d’aérogel de graphène mésoporeux et graphitisé, présentant une structuration hiérarchique permettant un meilleur transfert de matière et des domaines graphitiques augmentant la durabilité et la conductivité du matériau final, et fonctionnalisé par des Pt-NPs.
Ces structures de graphène expansé développées à l’IRIG/SyMMES présentent des chimies de surfaces, des micro/méso/macro porosités dépendantes des méthodes de synthèses, fonctionnalisation et de séchage employées. L’objectif sera d’augmenter leur degré de graphitisation, et ensuite de déposer les Pt-NPs par voie chimique. Les propriétés électrocatalytiques de ces matériaux seront ensuite testées.
La caractérisation méso-structurale avancée par diffusion de rayonnement de ces matériaux permettra de corréler propriétés structurales et propriétés catalytiques de ces nouveaux électro-catalyseurs en système pile à combustible. Ce gain de connaissance passera par des analyses ex-situ, mais aussi operando.
Moyens / Méthodes
Les assemblages de feuillets de graphène seront préparés à partir d’oxyde de graphène (GO) par la méthode hydrothermale. Différents paramètres (concentration initiale de GO, pH, méthode de séchage…) seront testés pour faire varier la mésoporosité de l’échantillon final. Une fois préparés, ces aérogels seront graphitisés par voie thermique (différentes T°C de graphitisation, différents gaz vecteurs). Les Pt-NPs seront ensuite déposées sur ces aérogels modifiés grâce à la méthode polyol. La taille et la cristallinité des Pt-NPs seront étudiées en fonction des paramètres de synthèse. Les électrocatalyseurs obtenus seront caractérisés par différentes techniques physico-chimiques de routine (DRX, ATG, BET, MEB, TEM, EDX). La caractérisation méso-structurale avancée par diffusion de rayonnement (WAXS, SAXS, SANS) de ces supports sera réalisée. Puis les tests électrochimiques en cellule de 2cm² (CdP, EIS, CV) seront effectués, de façon à corréler propriétés physico-chimiques/morphologiques/structurales et performances électrochimiques de ces matériaux.
Le projet NACRE suivant une démarche d’éco-sobriété, il inclut la réalisation d’une analyse de cycle de vie de la synthèse du catalyseur à son intégration en pile afin de mettre en avant les étapes les plus critiques en terme de coût et d’impact environnemental.
Profil du candidat
Pour mener à bien ce sujet de recherche, nous recherchons un candidat titulaire d’un doctorat en électrochimie appliquée au stockage ou à la conversion de l‘énergie. Il serait apprécié qu’il ait également une double compétence en chimie des matériaux.
Critères candidat
Formation recommandée Doctorat en lien avec le stockage de l’énergie
Comment postuler
Envoyer CV, lettre de motivation, lettres de recommandation à marie.heitzmann@cea.fr
Disponibilité du poste
Automne 2023
