Développement de matériaux poreux à base de zirconium pour les systèmes de stockage et de conversion d'énergie

Le Laboratoire de Physicochimie des Polymères et des Interfaces (LPPI - EA2528) regroupe des enseignants-chercheurs de divers profils : polyméristes, électrochimistes, chimistes inorganiciens, physiciens des surfaces et interfaces.
Nos principaux savoir-faire concernent les réseaux (interpénétrés) de polymères et les (macro)molécules π-conjuguées (ou polymères conducteurs électroniques), avec la spécificité d'aller de la synthèse et la caractérisation physicochimique des matériaux à leur intégration dans des dispositifs, ensuite étudiés.

Ces compétences et notre pluridisciplinarité nous permettent aujourd'hui de proposer des solutions innovantes, voire des ruptures technologiques, sur des problématiques transversales et fédératrices nécessitant des matériaux structurels, fonctionnels ou stimulables. Aujourd'hui cette démarche est principalement appliquée aux problématiques de stockage et conversion de l'énergie, aux matériaux "stimulables" ainsi que, plus récemment, à la préservation et la restauration du patrimoine matériel.

Offre de stage

Nous sommes à la recherche d’un(e) candidat(e) de niveau M2 ou Ing3 pour un stage de 6 mois à partir de Février 2026

Intitulé : Développement de matériaux poreux à base de zirconium pour les systèmes de stockage et de conversion d'énergie

Gratification : 4.35 Euros net /h

Thèmes scientifiques (domaines disciplinaires) : Chimie des matériaux, Electrochimie

Laboratoire universitaire : Laboratoire de Physicochimie des Polymères et des Interfaces (LPPI) – CY Cergy Paris Université

Entreprise : Framatome

Compétences recherchées : Chimie des matériaux et électrochimie (en particulier en électrocatalyse)

Compétences transversales : Esprit critique, curiosité, capacité de synthèse et d’ouverture, travail en équipe (communication orale et écrite), autonomie, gestion du temps.

Sujet : L'objectif principal de ce projet est de trouver un moyen efficace de transformer le tétrachlorure de zirconium, produit intermédiaire dans la fabrication des éponges de zirconium chez Framatome, en matériaux efficaces pour le stockage et la conversion d'énergie.

Le(la) candidat(e) s’intéresse à préparer les réseaux métal-organiques (MOF) et les nanoparticules à base de Zr supportées sur du carbone poreux. Les MOFs peuvent être obtenus en complexant Zr⁴⁺ avec des ligands organiques di/tri/tétratopiques possédant des groupes terminaux d'acide carboxylique. Grâce à une riche bibliothèque disponible de molécules organiques, différents types de Zr-MOF peuvent être obtenus. Ces matériaux seront directement utilisés en tant que matériaux actifs dans les applications cibles pour évaluer son utilisation potentielle tel quel, sans traitement postérieur. En tant que critères de sélection, le coût des molécules organiques, leur structure chimique et la surface spécifique des matériaux résultants seront considérés comme des paramètres clés. Le coût du précurseur est important dans cette étude car le Zr-MOF peut aussi servir de structure sacrificielle pour générer des matrices de carbone poreuses via la pyrolyse à haute température. Concernant les caractérisations, une étude morphologique (MEB), structurelle (DRX), physico-chimique (TGA, FTIR, BET) suivi de caractérisations électrochimiques seront réalisées sur les produits formés.

Pour les applications, deux réactions principales seront étudiées de près, notamment la réaction d'évolution de l'oxygène et les réactions de réduction de l'hydrogène, car elles participent au processus d’électrolyse de l'eau. Différentes techniques électrochimiques seront mises en place pour déterminer les activités catalytiques des matériaux formés, parmi lesquelles, voltammétrie, chronoampérométrie/chronopotentiométrie et spectroscopie d’impédance électrochimique seront les techniques principales. Des paramètres clés seront révélés, notamment le potentiel de déclenchement, la densité de courant, la surtension à 10 mA cm^-2, la pente de Tafel, la résistance de transfert de charge et la stabilité du système.

Dans un deuxième temps, le(la) candidat(e) explorera la capacité de stockage de l’énergie de ces matériaux dans un dispositif de supercondensateur. Pour la première étude, une configuration à trois électrodes sera utilisée pour étudier les performances de stockage des matériaux d'électrode (capacitance spécifique, rétention de capacitance) avant de les assembler en une configuration à deux électrodes (dispositif). Une fois l'appareil assemblé, il sera caractérisé par des cycles de charge-décharge galvanostatique pour déterminer la capacitance spécifique du dispositif de supercondensateur ainsi que les densités d'énergie/puissance résultantes.

Ce projet de stage offre au stagiaire la possibilité de travailler dans un cadre multidisciplinaire et à l’interface entre un laboratoire universitaire et une entreprise. Il(Elle) développera ses connaissances et compétences en chimie, physicochimie des matériaux et en électrochimie/électrocatalyse/stockage de l’énergie. Le(La) stagiaire participera régulièrement aux réunions d’avancement du projet et jouera le rôle d’interface entre Framatome et LPPI, ce qui renforcera ses compétences de communication. 

Encadrements du stage : Thuan Pham (CYU, MCF), Stéphane Lagarde (Framatome, Ingénieur R&D)

Compétences recherchées : Chimie des matériaux et électrochimie (en particulier en électrocatalyse)

Compétences transversales : Esprit critique, curiosité, capacité de synthèse et d’ouverture, travail en équipe (communication orale et écrite), autonomie, gestion du temps.