LPPI

Proposition de sujet de thèse LPPI

  • Proposition de sujet de thèse : Dégradation chimique de matériaux polymères en milieu corrosif : compréhension des réactions pour le développement de matériaux plus résistants
  • Date : Octobre 2018-septembre 2021
  • Financement : Allocation de recherche
  • Thème scientifique (domaine disciplinaire): Chimie des matériaux
  • Laboratoire d’accueil : Laboratoire de Physico-chimie des Polymères et Interfaces (LPPI – Université de Cergy-Pontoise)
  • Formation recherchée: Ingénieur et/ou Master 2 en Matériaux ou Chimie des Polymères.
  • Compétences recherchées : Connaissance générale des méthodes de synthèse de polymérisation et de caractérisation physico-chimique des matériaux polymères
  • Résumé du sujet proposé :

Les membranes échangeuses anioniques sont utilisées dans diverses applications de stockage et conversion de l’énergie. Ainsi, on les retrouve dans les piles à combustibles alcalines en tant qu’électrolyte solide, ou dans les batteries métal-air en tant que matériau protecteur d’électrodes. Dans ces deux dispositifs, ces membranes fonctionnent en présence d’un milieu fortement alcalin, ce qui conduit, plus ou moins rapidement, à leur dégradation chimique, et donc à la diminution des performances des dispositifs dans lesquels elles sont utilisées. Aujourd’hui, il devient nécessaire de comprendre le vieillissement chimique de ces matériaux polymères exposés à un tel milieu corrosif, afin de définir les structures de membranes à plus longue durée de vie pour avoir des systèmes de stockage de l’énergie plus fiables et plus performants à terme. Le sujet s’appuie sur une série de travaux antérieurs réalisés en collaboration avec des partenaires industriels et permettra de répondre à l’une de leur problématique actuelle dans ce domaine.

 

Dans ce travail de thèse, la personne recrutée devra, dans un premier temps, synthétiser des matériaux polymères dans lesquels différents partenaires seront associés (polymères hydrogénocarbonés et/ou fluorés, polyélectrolytes et/ou polymères neutres, …), selon différentes architectures (mélange de polymères, architecture de réseaux (semi-)interpénétrés de polymères, voire copolymères). L’influence de la composition et de l’architecture des matériaux sur leur morphologie, leur sélectivité, leur capacité d’échange ionique, leur conductivité ionique… sera ensuite étudiée.

Dans un second temps, ces différents matériaux seront exposés à des milieux basiques concentrés afin d’évaluer leur vieillissement chimique ex-situ par diverses techniques disponibles au laboratoire (conductivité ionique, spectroscopie infra-rouge et RMN, analyses thermo-mécaniques, mesure d’angle de contact, microscopie....). Chacune d’elles apporte une information sur l’évolution d’un groupement chimique ou d’un autre, ainsi que de l’évolution des propriétés. Leur vieillissement sera également étudié in-situ en condition de fonctionnement en demi-cellule similaire à celle d’une batterie métal/air (soumise à une densité de courant plus ou moins importante, toujours en présence d’un milieu alcalin concentré).

La combinaison de ces différentes caractérisations physico-chimiques permettront in fine d’identifier les points faibles de chacun de ces matériaux, d’identifier le paramètre-clé gouvernant leur stabilité (composition, densité de réticulation, …), de modifier en conséquence la chimie des membranes actuelles et ainsi d’améliorer leur rôle vis-à-vis de l’application visée afin d’atteindre la stabilité et les performances les plus importantes attendues par les industriels du secteur.

 

Ce sujet fait appel à des compétences en chimie des polymères et en caractérisations physico-chimiques des matériaux polymères. Des connaissances en électrochimie seraient appréciées.

 

  • Personnes à contacter et/ou pour candidater :
    • Linda Chikh : linda.chikh @ u-cergy.fr
    • Séverine Alfonsi : severine.alfonsi@u-cergy.fr
    • Odile Fichet : odile.fichet@u-cergy.fr

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