Chercheur en science des matériaux pour la production d'hydrogène (F/H)

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L'hydrogène (H2) vert, produit via des électrolyseurs à eau alimentés par une énergie bas carbone, est crucial pour la transition énergétique et la décarbonisation des secteurs industriels, de la mobilité lourde et le stockage d’énergie renouvelable. Parmi les technologies d’électrolyse à eau employées, l’électrolyse alcaline (AWE) domine largement avec 75 % de la capacité de production d’H2, preuve de sa maturité [3]. L’AWE est aujourd’hui une technologie établie et conventionnelle, déployée à grande échelle dans de nombreuses usines, et offrant une stabilité opérationnelle sur plus de dix ans. De plus, cette technologie n'exige a priori pas l'utilisation de métaux précieux (ou métaux du groupe platine (PGM)) ni d'autres éléments critiques (CRM), ce qui permet de réduire les coûts et les dépendances aux matériaux stratégiques. Malgré ses avantages en termes de maturité et de compétitivité des coûts, l’AWE fait face à des défis technologiques. Son efficacité énergétique est légèrement inférieure à celle d'autres technologies, comme l'électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEMWE), mais cette faible efficacité est principalement due aux électrodes actuellement utilisées. La plupart des électrolyseurs alcalins actuels utilisent soit des électrodes de première génération, peu efficientes, soit des électrodes à base de PGM, qui, bien que plus performantes, sont coûteuses, sujettes à une désactivation rapide due en présence d'impuretés comme le fer, et de surcroît exposées à l’épuisement de leurs réserves, prévu dans 50 ans.

Pour surmonter ces obstacles, il est impératif de développer des électrodes plus performantes et durables, capables de fonctionner à des densités de courant plus élevées (> 1 A cm-2) et avec des plages de fonctionnement étendues (0.25 à 1.25 A cm-2). Le projet EMHA a pour objectif d’étudier et de comprendre les mécanismes réactionnels et de dégradation ayant lieu à l’interface électrode-électrolyte de système de films minces d’alliages à haute entropie (HEA). Les conditions réelles d’un électrolyseur à eau alcalin seront simulées dans des montages adaptés. Cela permettra d’évaluer les caractérisations électrochimiques des matériaux en demi- cellule, c.-à-d. d’étudier la réaction ayant lieu sur une électrode à la fois. La réaction d’oxydation de l’eau (OER) a lieu à l’anode d’un électrolyseur à eau et sera la réaction visée dans ce projet. La cinétique d’OER étant lente, cette réaction représente l’une des étapes limitantes du système. Il est donc nécessaire d’utiliser des matériaux d’électrode présentant une grande surface spécifique et permettant ainsi une meilleure catalyse de la réaction. L’objectif opératoire métallurgique est de produire un HEA avec une grande surface stable, afin de bénéficier d’une part d’une grande surface active et d’améliorer les propriétés électrocatalytiques des électrodes et d’autre part de bénéficier de la flexibilité et ainsi d’une orientation de la composition chimique en surface des HEA