Contexte :

Les piles à combustible à membranes échangeuses de protons (PEMFC) sont des générateurs électriques qui utilisent l’hydrogène comme carburant sans émission de polluants. Leur rendement énergétique élevé, leur capacité à fonctionner à basse température et en dynamique ainsi que leur importante autonomie, font de la PEMFC la solution phare pour l’application automobile ou stationnaire, à condition d’atteindre les objectifs techniques et de coût extrêmement ambitieux. Pour répondre à ces enjeux, le CEA Le Ripault a structuré des travaux de recherche sur les matériaux de coeur de pile PEMFC en mettant l’accent sur l’innovation matériaux en lien très fort avec les moyens de mise en oeuvre associés.

Objectif du post-doctorat :

Les principales fonctions recherchées sur les membranes sont la conduction protonique et l’effet barrière aux gaz. Les matériaux les plus souvent utilisés sont des polymères perfluorosulfoniques (PFSA) dont le mode de conduction protonique nécessite une forte hydratation des groupements sulfonés ce qui limite leur fonctionnement à une température de 80°C. Pour faciliter la gestion de l’eau et optimiser le rendement, les constructeurs automobiles souhaitent pouvoir faire fonctionner la pile à 120°C. Dans ce cas, les polymères phosphonés sont de bons candidats pour apporter une conduction protonique en milieu anhydre. Le CEA Le Ripault a développé des matériaux innovants à base de polymères sulfonés et/ou phosphonés greffés sur de la silice dispersée dans une matrice PVDF. Les nanoparticules sulfonées sont préparées par polymérisation ATRP alors que les nanoparticules phosphonées sont obtenues par polymérisation anionique. Les membranes nanocomposites hybrides sulfonées présentent des caractéristiques très proches des membranes PFSA classiques pour un coût de production nettement moindre. Les premiers résultats sur les membranes phosphonées sont très prometteurs mais la tenue mécanique doit être améliorée.
Le post-doc proposé consistera donc à optimiser la voie de synthèse des nanoparticules phosphonées par polymérisation anionique de manière à développer de nouvelles formulations de membranes hybrides phosphonées ou bi-fonctionnelles présentant des propriétés mécaniques élevées à 120°C. Le (la) candidat(e) aura en charge la mise au point du procédé de greffage à partir de plusieurs brevets CEA, la réalisation des membranes par le procédé d’enduction évaporation et les caractérisations associées. Il(elle) devra donc posséder de solides compétences en synthèse organique, en chimie des polymères (notamment maitriser la polymérisation anionique) et avoir des notions de mise en oeuvre des matériaux polymères. Le (la) candidat(e) sera pleinement intégré au suivi du projet et collaborera avec une équipe expérimentée dans le domaine de la pile à combustible et de la chimie des polymères. Il(elle) devra restituer ces avancées aux partenaires périodiquement sous forme de présentations orales ou rapports.

Contact :

Janick BIGARRE – CEA/Le Ripault – BP 16 – 37260 Monts – 02 47 34 40 00