Stage - bac+5 - Développement de nouveaux ionomères biosourcés H/F

Description de l'unité

Basé principalement à Grenoble et Chambéry, le Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies nouvelles et les Nanomatériaux (Liten) est un acteur majeur de la recherche européenne entièrement dédié aux nouvelles technologies de l'énergie.
Unité du LITEN, le Département des Technologies des Nouveaux Matériaux a pour mission de développer pour l'industrie française des matériaux, des procédés et des composants performants tout en répondant à la notion d'économie de matière et d'énergie en toute sécurité pour l'homme et l'environnement.
Dans ce département, le Service a pour vocation de développer des solutions permettant d'améliorer la soutenabilité de technologies pour les systèmes énergétiques décarbonés en développant des procédés innovants pour adresser de nouveaux gisements de matières que sont les déchets miniers, rebus de fabrication des NTE, les batteries et panneaux photovoltaïques en fin de vie, avec un objectif de valorisation des matières les plus intéressantes, le tout avec une faible empreinte environnementale.
Missions du laboratoire :
- Mettre au point des solutions de recyclage
- Développer des matériaux organiques éco-conçus performants et durables

Sujet de stage

Développement de nouveaux ionomères biosourcés pour électrolyseurs à membranes échangeuses d'ions (AEM) et comparaison à des solutions commerciales

Description de l'offre

Les technologies actuelles d’électrolyseurs de l’eau et de piles à combustible permettant de convertir l'électricité en hydrogène et vice-versa, dans une optique de stockage chimique d'électricité renouvelable, reposent notamment sur des systèmes à membrane échangeuse de protons (PEM, Proton Exchange Membrane).

Malgré de bonnes performances électrochimiques et une efficacité élevée, ces derniers utilisent des catalyseurs onéreux à base de métaux du groupe du platine (PGM), ainsi que des membranes polymères fluorées comme le Nafion qui soulèvent des préoccupations environnementales liées aux substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) émises lors de leur fabrication, leur fonctionnement, et leur fin de vie.

Ces éléments constituent un frein au déploiement à grande échelle de ces technologies. Les technologies alcalines reposant sur des membranes échangeuses d’anions (AEM, Anion Exchange Membrane) constituent une alternative prometteuse puisqu'elles n'utilisent ni polymère fuoré, ni catalyseur platinoïde. Toutefois, la durabilité de ces membranes limite la technologie : des dégradations mécaniques peuvent apparaître après seulement 500 heures de fonctionnement dans certains systèmes. Une membrane doit permettre de satisfaire plusieurs exigences techniques : une conductivité ionique des ions hydroxydes (OH⁻) de l’ordre de 100 mS·cm⁻¹ à température ambiante, un transport efficace de l’eau, une faible perméabilité aux gaz et une stabilité mécanique, thermique et chimique compatible avec une durée de fonctionnement cible de 50 000 heures.

Dans cette perspective, ce stage vise à :

1) caractériser la structure chimique d'ionomères commerciaux (polymères, cations, masses molaires moyennes et taux de réticulation), leurs performances mécaniques et électrochimiques (des tests de durabilité seront mis en place),

2) développer une voie simple de synthèse/ fonctionnalisation d'un polymère biosourcé susceptible d’être utilisé comme matériau constitutif d’une membrane échangeuse d’anions (AEM), puis évaluer ses propriétés mécaniques et électrochimiques.

Différents moyens de caractérisation seront mis en œuvre tels que la spectroscopie RMN, le FTIR, la capacité d'échange ionique, la mesure de conductivité ionique ou encore la traction en humidité.

Profil du candidat

De formation bac+5 (type ingénieur ou master) vous êtes à la recherche d'un stage d'une durée de 6 mois en lien direct avec le sujet de stage proposé.

Appétence particulière pour les polymères

Compétences scientifiques : Physico-chimie des polymères

Vous êtes reconnu(e) pour votre : rigueur, capacité à rendre compte, curiosité,