Génie électrochimique
Au-delà de l’aspect « Energie », l’électrolyse de l’eau permettrait la production d’H2 para et/ou ortho (dans l'orthohydrogène, les deux protons ont des spins parallèles et de même sens et vice-versa). Nous envisageons d’instrumenter l’analyse de gaz en sortie de cellules PEMFC (IR-TF) pour quantifier les quantités de para et ortho H2 produites. À défaut de bien appréhender théoriquement la problématique, des lois de comportement pourront en être déduites. Du point de vue applicatif, la production de para-H2 contrôlée rencontrerait un fort succès pour les techniques d’hyperpolarisation puisqu’elles permettraient d’entrevoir une solution au problème fondamental de la faible sensibilité de la résonnance magnétique nucléaire. Les méthodes d’hyperpolarisation basées sur l’utilisation de para- H2 présentent en effet l’intérêt de pouvoir générer un gain considérable en signal sur bruit sur des molécules étudiées en phase liquide. Par ailleurs, l’électrolyse de l’eau est un moyen à fort potentiel de séparation isotopique entre deutérium, tritium et protium. Or, le coefficient de partage entre les isotopes qui dépend de la température à laquelle se déroule l’électrolyse semble être également sujette à la nature de l’électrolyte et de la cathode. Nous ne souhaitons pas développer l’intégralité de ces techniques au LEPMI mais travailler en collaboration avec le LIPhy (France). Enfin, à l’échelle macroscopique, nous continuerons de développer notre plateforme d’essais pour étudier le vieillissement et les phénomènes de cross-over gazeux en PEMFC.
D’un point de vu plus expérimental, nous souhaitons poursuivre les développements des piles à combustible alcalines directes à borohydrure, voire à H2, en nous intéressant tant aux aspects de matériaux électrocatalyseurs (approche historique de l’équipe), qu’aux aspects de structuration d'électrode, domaine où l’interaction entre les thèmes électrochimie interfaciale et génie électrochimique de l’équipe seront évidentes (collab. Universités de Strasbourg et Nancy, Naval Research Laboratory et University of California Irvine, USA).
Enfin, en complément des études précédentes sur surfaces étendues, nous poursuivrons nos activités dédiées à l’étude des mécanismes de dégradation des électrodes de convertisseurs électrochimiques. En utilisant l’expertise et les méthodologies développées lors du précédent quadriennal pour les PEMFC, nous tenterons de déterminer les liens entre dégradations locales des matériaux et performances en lien avec les conditions d'utilisation, tant sur les aspects PEMFC pour application automobile (collab. Université Lorraine, Université Padoue, Italie), que sur les aspects PEMFC-HT pour l'aéronautique (collab. SAFRAN, Université Lorraine). Enfin, nous nous attèlerons à la détermination des mécanismes de dégradation des électrocatalyseurs et électrodes pour piles à combustibles et électrolyseurs alcalins, que ce soit en électrolyte liquide (KOH concentré, collab. GenCell, Israël) ou polymère échangeur d’anions (collab. Technion, Israël).