Nouvelles membranes sélectives aux ions pour batteries Redox Flow

Le Laboratoire de Physicochimie des Polymères et Interfaces (https://lppi.cyu.fr/) regroupe des enseignants-chercheurs de divers profils (polyméristes, électrochimistes, chimistes inorganiciens, physiciens des surfaces et interfaces). Leurs compétences lui permettent de proposer des solutions innovantes, voire des ruptures technologiques, sur des problématiques académiques ou industrielles nécessitant des nouveaux matériaux structurels, fonctionnels ou stimulables. Cette démarche est principalement appliquée aux problématiques de stockage et transformation de l’énergie, aux matériaux « stimulables », aux dispositifs pour la santé ainsi qu’aux problématiques de la préservation et la restauration du patrimoine matériel culturel.

Dans le scénario actuel de transition énergétique, le stockage de l’énergie à grande échelle nécessite des batteries à faible coût, offrant une grande sécurité, une faible maintenance, un nombre élevé de cycles de charge/décharge, ainsi que, pour certains services, une puissance élevée. Les batteries Redox Flow (RFBs) sont particulièrement bien adaptées pour répondre à ces exigences car elles couvrent une gamme de puissance / énergie allant de quelques kW / kWh à des dizaines de MW / MWh et sont conçues pour des périodes de stockage plus longues que celles de la plupart des autres technologies de stockage.
L’un des composants critiques des RFBs est la membrane échangeuse d’ions qui empêche les électrolytes des deux compartiments électrolytiques de se mélanger (crossover), évitant ainsi les courts-circuits et les auto-décharges. Elle doit en outre assurer le transfert sélectif des ions d'un compartiment à l'autre pour équilibrer la charge. Il est donc nécessaire de l’adapter à chaque nouveau couple redox envisagé pour le stockage.
Ce sujet de M2R a donc pour but de développer de nouvelles membranes qui seraient sélectives aux ions selon la taille de ces derniers. Pour cela, elles devront présenter une porosité contrôlée permettant la perméabilité des ions hydroxyles/protons nécessaires aux réactions électrochimiques, tout en conservant une faible perméabilité vis-à-vis des espèces électroactives.
Le travail mené au cours de ce stage se divise en deux axes :
− Des membranes polymères seront développées à partir de polymères neutres et de polyélectrolytes selon différentes voies d’élaboration (utilisation de porogènes, inversion de phase, etc.).
− La structuration et les propriétés physico-chimiques (morphologie, propriétés mécaniques, conductivités ioniques, prise en masse, etc.) des membranes obtenues seront étudiées ainsi que leur effet sur la sélectivité ionique recherchée, afin d’établir des premières relations structure/propriétés.

• Formation recherchée : Ingénieur et/ou Master 2 en Chimie des Polymères
• Compétences recherchées : Connaissance générale des méthodes de synthèse de polymérisation et de caractérisation physico-chimique des matériaux polymères