DAEMONHYC
Aperçu
Électrolyseur à membrane échangeuse d’anions durable pour la production d’hydrogène vert à grande échelle
PR GAEL MARANZANA
UMR 7563 LEMTA (Université de Lorraine – CNRS)
DAEMONHYC vise à développer des électrolyseurs à membranes anioniques sans métaux nobles, pour permettre le développement à grande échelle de l’électrolyse de l’eau.
La stratégie de recherche est d’optimiser le choix des matériaux et leur mise en forme grâce à la compréhension des mécanismes de transfert et de dégradation aux différentes échelles. Les activités de modélisation seront menées en étroite collaboration avec les caractérisations électrochimiques fondamentales et les tests en cellule élémentaire.
La stratégie de recherche est d’optimiser le choix des matériaux et leur mise en forme grâce à la compréhension des mécanismes de transfert et de dégradation aux différentes échelles. Les activités de modélisation seront menées en étroite collaboration avec les caractérisations électrochimiques fondamentales et les tests en cellule élémentaire.
Mots clés:
Électrolyseur à membrane anionique, Electrolyse de l’eau, Electrolyte polymère anionique, Electrocatalyseur sans métaux précieux, Interaction catalyseur-ionomère, Mise en forme d’électrodes, Modélisation microcinétique, Transferts couplés, Production d’hydrogène
Actualités
VIDÉO : Le projet DAEMONHYC à la loupe !
DAEMONHYC est un projet ambitieux de la thématique « Production d’hydrogène » qui vise à améliorer l’électrolyse de l'eau en …
Des électrodes à base d’alliage nickel-fer pour l’électrolyse de l’eau
La production d’hydrogène à grande échelle par électrolyse de l’eau exige une importante disponibilité des matériaux constituant l’anode …
Tâches
Nos recherches
Matériaux pour l’électrolyse alcaline à membrane
Il s’agit de produire des électrocatalyseurs pour le dégagement d’hydrogène et d’oxygène en milieu alcalin, des polymères anioniques sous forme de membrane pour séparer les deux compartiments ainsi qu’un ionomère dispersable pour assurer la conduction ionique dans l’épaisseur des électrodes. Les matériaux électrocatalytiques seront essentiellement à base de nickel et/ou de fer et l’interaction catalyseur-ionomère sera particulièrement étudiée.
Mise en forme des électrodes
Plusieurs voies de mise en forme seront comparées et optimisées, notamment grâce à l’apport de la modélisation microcinétique et des transferts entre les différents composants de l’électrolyseur. Une encre sera produite et déposée sur une couche de diffusion poreuse. Pour obtenir une meilleure conduction électronique côté anode, un milieu poreux très conducteur en nickel, tel un feutre ou un fritté, sera modifié par dépôt de nanoparticules dans son épaisseur, puis imprégné d’ionomère. Parallèlement, un matériau poreux en inox sera activé puis imprégné d’ionomère pour conduire à un système à bas coût pour l’électrode positive.
Caractérisation des performances à l’échelle de la cellule élémentaire
Des assemblages membrane-électrodes seront produits à partir des matériaux et des mises en forme les plus prometteurs. Les caractérisations à l’échelle de la cellule élémentaire permettront d’optimiser les conditions de fonctionnement pour chaque couple [matériau ; mise en forme] et, grâce au support de la modélisation, de comprendre les mécanismes conduisant aux dégradations des matériaux. La durabilité sera évaluée sur les meilleurs assemblages membrane-électrodes.
Le consortium :
5 laboratoires académiques, 2 industriels
Des attendus scientifiques
Le projet DAEMONHYC a pour ambition de permettre le développement à grande échelle de l’électrolyse de l’eau en développant la technologie à membrane anionique sans métaux nobles du groupe du platine et sans titane. Nous comptons améliorer les performances en termes de densité de puissance et de durabilité en jouant sur les matériaux (notamment sur l’interaction catalyseur/ionomère), sur leur mise en forme, ainsi que sur les conditions opératoires imposées par les auxiliaires et la gestion du système. La compréhension des mécanismes de transferts aux différentes échelles et des mécanismes de dégradation permettra de nous guider dans la réalisation de notre objectif.
Impacts environnementaux
La technologie à membrane anionique que nous proposons de faire progresser dans le cadre de ce projet est en mesure de répondre aux défis d’espace, grâce à une faible empreinte au sol, de flexibilité vis-à-vis d’une alimentation électrique intermittente, et de coût maîtrisés en raison de l’absence de métaux nobles.
Développement de compétences
Formation de 5 doctorants, 1 ingénieur de recherche et 1 post-doctorant
Réalisations 2023
Des nouveaux matériaux ont été synthétisés et leurs propriétés électrochimiques mesurées. Nous avons produit un nouveau ionomère prometteur et de nouvelles mises en forme du nickel permettant la nano-structuration des électrodes. Des premières spinelles ont été déposées sur différents supports conducteurs et caractérisées. Nous avons mis en évidence un degré d’oxydation optimal pour le nickel de l’électrode négative qui minimise la surtension associée au dégagement d’hydrogène. En parallèle nous poursuivons un benchmark des produits commerciaux pour situer nos matériaux parmi l’état de l’art. Pour cela nous avons finalisé le montage d’un banc de caractérisation instrumenté à l’échelle de la cellule élémentaire de 25cm². Enfin, nos avancées en modélisation nous ont permis de progresser dans la compréhension des mécanismes micro-cinétiques gouvernant le dégagement d’oxygène.
