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Matériaux carbonés pour l’énergie

Mécanismes de vieillissement des dispositifs de stockage de l’énergie

     

Le carbone est très souvent présent sous différentes formes dans les dispositifs de stockage ou de conversion d'énergie. C'est notamment le cas des batteries Li-ion, dont le principe est fondé sur l'intercalation réversible du lithium dans le graphite, ou des supercondensateurs, qui utilisent des structures carbonées comme électrodes. Pour ces 2 dispositifs, les recherches actuelles de l’équipe s’écartent de l’axe « Matériaux » pour cibler plus particulièrement les mécanismes de vieillissement des dispositifs électrochimiques. Ceux-ci sont très complexes, et l'augmentation de la durabilité ainsi que la sécurisation de ces dispositifs pour le grand public se heurtent au manque de compréhension des causes réelles de détérioration. L'équipe a mis en œuvre des techniques qui associent mesures in-situ (analyse de gaz par spectrométrie de masse) et techniques de caractérisation ex-situ (ATG-SM, microscopies, analyses élémentaires) par le biais de montages spécifiques si nécessaire.

Préparation d’électrodes pour piles à combustible type PEMFC

     

Les piles à combustibles à membrane échangeuse de protons sont des systèmes prometteurs pour le remplacement des énergies fossiles. Le cœur de la pile est constitué d'une membrane entourée de chaque côté par une phase active qui va catalyser les réactions, respectivement l'oxydation de H2 à l'anode et la réduction de O2 à la cathode. Les travaux de l’équipe concernent l'optimisation de cette phase active constituée de catalyseur (platine en général) supporté sur un substrat carboné. Le projet principal actuel, soutenu par l’Institut Carnot ICEEL, porte sur la fonctionnalisation du carbone pour améliorer le fonctionnement de la pile. Il s'agit d'augmenter les performances en pile tout en facilitant la conduction protonique par le greffage de fonctions sulfonates. L'équipe effectue les synthèses des matériaux d’électrode, ainsi que des tests électrochimiques en demi-pile. Elle est également capable de réaliser des assemblages complets afin de mener des tests en pile complète, en collaboration avec des laboratoires nancéiens. Les premiers résultats montrent une amélioration nette des performances, de l'ordre de 30 à 40%.