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Doctorant H/F : Recyclage de cellules d'électrolyse à oxyde solide

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 25 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR6502-ANNLEG-003
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : mercredi 4 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Annie LE GAL LA SALLE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'électrolyse Haute température (EHT) est une technologie clé pour la transition énergétique vers un avenir à faibles émissions de carbone, et constitue une voie prometteuse d'utilisation efficace de l'électricité renouvelable pour produire de l'hydrogène et des carburants verts. Toutefois, afin de développer cette technologie à grande échelle, il est indispensable que les composants des cellules d'EHT soient peu coûteux et respectueux de l'environnement. Une analyse du cycle de vie, et le recyclage des composés, sont également nécessaires.

Les différentes parties des cellules d'EHT sont constitués d'éléments métalliques et de terres rares coûteux et dont la dégradation avec le temps est encore trop rapide. Afin de pallier ces inconvénients, l'élaboration de nouveaux matériaux est envisagée, en s'appuyant sur la modélisation, l'analyse du cycle de vie, et en visant les possibilités de récupération et de recyclage. Le matériau d'électrolyte contient une grande quantité de terres rares, comme l'Yttrium, le Gadolinium ou le Cerium. Peu d' électrolytes alternatifs, exempt de terres rares, sont étudiés dans la littérature. Il est donc indispensable de récupérer et de recycler les matériaux d'électrolyte en fin de vie.
De son côté, l'électrode à oxygène doit posséder d'excellentes propriétés catalytiques vis-à-vis de la réaction d'oxydation des ions oxygène, mais aussi de conductivité mixte ionique et électronique, et de compatibilité thermique et mécanique avec les autres composants. En outre, elle doit être thermiquement et chimiquement stable aux températures de fonctionnement et de préparation, et enfin de fabrication aisée, peu coûteuse, et respectueuse de l'environnement. Sur la base de ces propriétés, les composés de type perovskite sont les plus couramment choisis, et des formulations à base de lanthane, de strontium et de manganèse comme (LSM) et La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF) sont les matériaux anodiques les plus couramment étudiés. Le dopage et la modification de la structure de ces matériaux est une stratégie couramment utilisée pour assurer le transport des ions oxygène et un nombre suffisant de sites réactionnels.
L'objectif de la thèse est de mettre au point des méthodes de récupération des constituants des cellules élaborées dans le projet, une fois celles-ci arrivées en fin de vie. Pour cela, des cycles alternatifs de traitements acides et de séparation des phases liquide et solide seront appliqués. Dans un second temps, la réutilisation des produits recyclés sera étudiée.
Outre la recyclabilité, l'objectif du projet Nouveau dans lequel la thèse est incluse est de développer des système EHT opérationnels à température intermédiaire de bonne durabilité, et contenant le moins possible de terres rares et de métaux. Dans ce contexte, des collaborations avec des laboratoires partenaires, dont la tâche est d'élaborer ces nouveaux matériaux, sont prévues.

Contexte de travail

Créé en 1988 par le chimiste français mondialement connu Jean Rouxel, l'Institut des Matériaux de Nantes est devenu l'un des principaux centres de recherche en matériaux en France. Ses travaux contribuent au perfectionnement de nombreux procédés industriels dans le domaine de la haute technologie.
L'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (https://www.cnrs-imn.fr/) rassemble aujourd'hui plus de 120 chercheurs (chimistes, physiciens, ingénieurs des matériaux du CNRS et de Nantes Université), personnels administratifs et techniques, et 80 contractuels pour la recherche.
Le projet se déroulera dans l'Equipe Stockage et transformations électrochimiques de l'énergie (ST2E). L'équipe ST2E a une longue expérience dans le domaine des matériaux céramiques pour des applications piles et électrolyseurs à oxydes solides fonctionnant à haute température (SOFC et SOEC).
L'école doctorale de rattachement est l'ED3M dont les thématiques couvrent la physique et la chimie au sens large. Plus d'informations : https://ed-3m.doctorat-bretagneloire.fr/fr/7_presentation

Contraintes et risques

Réactifs toxiques, rayonnements ionisants (rayons X)

Informations complémentaires

Le (la) candidat(e) devra présenter une grande curiosité scientifique, et la volonté de développer une expertise forte dans les domaines de la chimie du solide. Titulaire d'un M2 et/ou diplôme d'école d'ingénieur en sciences des matériaux, il (elle) devra avoir une formation solide et variée, à la fois en synthèses (réactions à l'état solide, par chimie douce), caractérisations (diffraction des rayons X, analyses thermiques, spectroscopies et/ou microscopie), et analyses électrochimiques (mesures de conductivité électrique) des matériaux. Il (elle) participera aux activités de l'équipe Stockage et transformations électrochimiques de l'énergie (ST2E) et sera amené(e) à présenter ses travaux dans le cadre de conférences nationales ou internationales. Un bon niveau d'anglais est souhaité.
Le/la candidat(e) devra envoyer un CV détaillé et une lettre de motivation.

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