PhD Position (H/F): Recycling and Regeneration of Catalysts for Alkaline Water Electrolysers in Non-Conventional Solvents

Description du Poste

Sujet De Thèse

La transition énergétique nécessite le développement de systèmes efficaces et décarbonés de stockage et de conversion de l’énergie. Dans ce contexte, le dihydrogène (H2) constitue un vecteur énergétique particulièrement prometteur. Idéalement, il est produit par électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergie renouvelables intermittentes, puis utilisé dans une pile à combustible pour produire de l’électricité.
À ce jour, les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMWE) et les électrolyseurs alcalins (AWE) représentent les technologies les plus matures et les plus performantes pour la production d’hydrogène. Cependant, ces dispositifs reposent sur l’utilisation de métaux de transition tels que le nickel, le cobalt ou le fer, considérés comme des matières premières critiques par l’Union européenne. Dans ce contexte, le développement de stratégies de recyclage efficaces constitue un enjeu majeur, notamment au regard des objectifs européens visant à accroître la part de matériaux recyclés dans les technologies énergétiques.
Le projet RECAT-H2 a pour objectif de développer des procédés innovants et respectueux de l’environnement permettant la récupération et la réutilisation du nickel, du cobalt et du fer contenus dans les électrodes d’électrolyseurs alcalins. Les travaux porteront plus particulièrement sur la régénération de revêtements catalytiques déposés sur des grilles de nickel ou d’acier inoxydable, qu’il s’agisse de dépôts poreux ou d’alliages électrodéposés.
Une étape clé du procédé de recyclage consistera à dissoudre les matériaux en fin de vie puis à les reconstituer sous forme de nouveaux revêtements présentant des propriétés physiques, chimiques et électrocatalytiques comparables à celles des matériaux d’origine. Cette approche sera développée dans des solvants non conventionnels, tels que les liquides ioniques (LI) et les solvants eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents, DES).
Les développements récents dans le domaine des électrolyseurs alcalins reposent notamment sur des revêtements à base d’alliages innovants de nickel (Ni-Co, Ni-Fe, Ni-Cu) ou sur des structures poreuses élaborées par la technique dite ‘Dynamic Hydrogen Bubble Template’ (DHBT). Le principal défi du projet résidera dans la maîtrise des paramètres permettant de reconstituer ces revêtements directement à partir du milieu ayant servi à leur dissolution. Une question scientifique importante sera notamment d’évaluer la possibilité de mettre en œuvre une approche de type DHBT dans des solvants ioniques ou eutectiques.
Un autre verrou scientifique concernera le contrôle de la composition chimique des revêtements régénérés, en particulier dans le cas des alliages multicomposants. À cette fin, des études de dissolution chimique et électrochimique seront réalisées dans différentes familles de liquides ioniques et de solvants eutectiques profonds. Les rendements d’extraction seront déterminés par des méthodes analytiques adaptées (ICP-OES, AAS) afin d’identifier les milieux les plus performants pour la lixiviation sélective du nickel et des alliages de nickel.
Les recherches porteront également sur l’influence de nombreux paramètres expérimentaux tels que la température, le contrôle de l’atmosphère, l’agitation mécanique ou ultrasonique, avec pour objectif de maximiser les rendements d’extraction tout en limitant la dégradation des substrats métalliques et les phénomènes de contamination.
La seconde partie de la thèse sera consacrée à l’électrodéposition du nickel et des alliages de nickel à partir des solutions de lixiviation. Une attention particulière sera portée à la sélectivité du dépôt et au contrôle de la composition des alliages. Dans le cas des revêtements poreux élaborés par DHBT, les mécanismes de compétition entre l’électrodéposition métallique et la production d’hydrogène seront étudiés afin de maîtriser la morphologie finale des dépôts. En parallèle des recherches sur l’électrodéposition des revêtements, un travail de conception d’un pilote de lixiviation/ re-déposition sera réalisé.
Les matériaux obtenus feront l’objet d’une caractérisation approfondie afin d’évaluer leur composition, leur structure, leur texture cristallographique, leur morphologie et leurs propriétés d’adhérence. Ces études s’appuieront sur les équipements disponibles au Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS) et à l’Institut UTINAM (MEB, DRX, GDOES, analyses électrochimiques, etc.).
Cette thèse sera réalisée conjointement au Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS, Sorbonne Université, Paris) et à l’Institut UTINAM (Université Marie et Louis Pasteur, Besançon) dans le cadre d’une collaboration étroite entre les deux laboratoires.

Votre Environnement de Travail

Ce travail de thèse s'effectuera au laboratoire de réactivité de Surface situé à Sorbonne Université, Paris en collaboration étroite avec Institut UTINAM de l'Université Marie et Louis Pasteur de Besançon.

Contraintes et risques

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Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

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