Les activités de recherche de l’Opération Scientifique « Hydrogène et Systèmes Electrochimiques » concernent :
- L’analyse -généralement à l’échelle de la cellule élémentaire- du fonctionnement des systèmes électrochimiques.
- La compréhension fondamentale des phénomènes de transport de charges, matière et chaleur dans les composants et les assemblages élémentaires, afin d’étudier leur impact sur le vieillissement, la durabilité et l’optimisation des performances électriques de ces systèmes.
Ces activités se situent à l’interface entre le développement de nouveaux matériaux et le fonctionnement des systèmes complets. Elles s’appliquent aux piles à combustible et aux électrolyseurs à membrane polymère (PEM), aux batteries à flux continu, aux piles à borohydrures, aux supercapacités ainsi qu’à la compression électrochimique de l’hydrogène.
À l’échelle du système, elles portent sur l’hybridation des PEMFC avec des supercapacités (SC) ainsi que sur la gestion électrique de systèmes.
Quel que soit le système analysé, l’approche consiste à faire le lien entre les phénomènes physico-électro-chimiques à l’échelle microscopique et les performances à l’échelle macroscopique. Ceci nécessite le développement conjoint de techniques de mesure et de modèles appropriés pour l’interprétation des données expérimentales.
Activités/Thématiques
- Appréhender les phénomènes de transport de l’eau et des ions et le comportement mécanique dans les électrolytes polymères via des méthodes spectroscopiques (RMN, IRM, ERMN, Infra-rouge), hygroscopiques (balance de sorption) et analytiques (pH-métrie, dosage d’ions).
- Développement et conception de cellules segmentées et instrumentées pour une caractérisation locale et globale des convertisseurs électrochimiques :
- Mesure de courants et potentiels d’électrodes locaux.
- Méthodes de caractérisations électrochimiques (locales) : courbes de polarisation, spectroscopie d’impédance électrochimique, voltamétrie cyclique.
Ces mesures s’appliquent à des cellules modèles (par exemple à la géométrie simplifiée) ainsi qu’à des prototypes industriels pleinement fonctionnels dans le but d’étudier l’impact d’un ou plusieurs phénomènes locaux sur les performances électriques et la durée de vie des matériaux.
- Développement et conception de cellules segmentées et instrumentées pour une caractérisation locale et globale des convertisseurs électrochimiques :
Conception d’architectures innovantes de composants et systèmes (de petites et moyennes puissances) :
- Hybridation directe de cellules PEMFC et SC.
- Architecture innovante adaptée au management thermique des électrodes (brevet WO/2014/060198. 2014) puis projet de maturation en partenariat avec la SATT Grand Est (Sayens).
- Système électrogène autonome à hydrogène à haut rendement énergétique utilisé pour l’éco-marathon Shell.
Partenaires majeurs
Européen
Publics
Privés
| Nom | Prénom | Fonction |
| Didierjean | Sophie | Professeur |
| Dillet | Jérôme | Ingénieur de recherche |
| El Kaddouri | Assma | Maîtree de conférences |
| Lottin | Olivier | Professeur |
| Mainka | Julia | Maître de conférences |
| Maranzana | Gaël | Professeur |
| Mozet | Kévin | Assistant ingénieur |
| Xu | Feina | Chargé de recherche |
| Abasian | Alireza | Post-Doc |
| Ait Idir | William | Doctorant |
| Bligny | Rémi | Doctorant |
| Daoudi | Meriem | Doctorant |
| Gutru | Rambabu | Post-Doc |
| Mrad | Christine | Doctorant |
| Parra Restrepo | Julian David | Doctorant |
| Robert | Mylène | Doctorant |
| Siangsanoh | Apinya | Doctorant |
| Touhami | Salah | Doctorant |
| Turtayeva | Zarina | Doctorant |
1.1 Christine Mrad (03/2020)
Titre/Title : Mostly – ex-situ approach with a focus on the cathode/membrane interface, using mainly NMR
Financement : ALPE project
Encadrants/Supervision : Jean-Christophe Perrin (OST IRM)/Assma El Kaddouri (OS HSE)
1.2 William Ait Idir (02/2020)
Titre/Title : Instrumented cells and in-operando analyses
Financement : ALPE project
Encadrants/Supervision : Olivier Lottin/ Julia Mainka
1.3 Rémi BLIGNY (10/2019)
Titre/Title : Modélisation des phénomènes de transfert dans les piles à combustible de type PEM pour l’application transport/ Modeling of transfer phenomena in PEM fuel cells for automotive application (Bosch)
Encadrants/Supervision : Gaël Maranzana/Sophie Didierjean
1.4 Zarina TUTAYEVA (10/2019)
Titre/Title : Water Management in Alkaline Exchange Membrane Fuel Cell (AEMFC)
Financement : bourse kazakhe Jules Verne + FP labo (CS)
Encadrants/Supervision : Gaël Maranzana/Feina Xu
1.5 Meriem DAOUDI (10/2019)
Titre/Title : Performances et durabilité des membranes alternatives aux membranes PFSA
Financement : ANR Multistable
Encadrants/Supervision : Olivier Lottin/Assma El Kaddouri
1.6 Lara BOULEAU (03/2019)
Titre/Title : Development of platinum-free cathodes for hydrogen fuel cells (these LUE – ULHyS)
Encadrants/Supervision : Alain Celzard (IJL Épinal), Feina Xu (OS HSE)
1.7 Salah TOUHAMI (10/2018)
Titre/Title: Analyse des mécanismes de propagation de défauts dans les PEMFC via la distribution des densités de courant et des impédances locales et analyses ex-situ (ANR LOCALI)
Encadrants/Supervision: Olivier Lottin/Julia Mainka
1.8 Apinya SIANGSANOH (12/2017) (dans l’OS G2E)
Titre/Title : Design and Control of Fuel Cell management system with distributed supercapacitors storage element (co-tutelle UL/King Mongkut’s University of Technology North Bangkok)
Encadrants/Supervision : Sophie Didierjean (OS HSE)/Jean-Philippe Martin (OS GEE)
1.9 Julian Parra (10/2017)
Titre/Title : Caractérisation des hétérogénéités de fonctionnement au sein d’un électrolyseur à membrane (PEMEC) – application à l’augmentation de la température moyenne de fonctionnement
Encadrants/Supervision : Gaël Maranzana/Jérôme Dillet
1.10 Mylène Robert (10/2017)
Titre/Title : Impact des dégradations et du vieillissement sur les propriétés de transport des membranes PFSA pour piles à combustible
Encadrants/Supervision : Olivier Lottin (OS HSE)/Jean-Christophe Perrin (OST IRM/RMN)
1.11 Milad Bahrami (10/2016) (dans l’OS HSE)
Titre/Title : Development of a fuel cell management system aiming to control the heterogeneities in the stack
Encadrants/Supervision : Gaël Maranzana (OS HSE)/Serge Pierfederici (OS GEE)
2.1 Alireza Abasian (01/12/19 – 30/11/20) (dans l’OS HSE)
Sujet/Topic : Pilotage dynamique d’un système de stockage à base d’électrolyseur – ULHyS/LUE
Responsables/Supervision : Serge Pierfederici (OS GEE), Sophie Didierjean (OS HSE)
2.2 Ram BABU (08/07/19 – 31/12/20)
Sujet/Topic : Fonctionnement en conditions sèches/Operation in dry conditions, LUE-ULHyS
Responsables/Supervision : Alain Desforges (IJL, Nancy)/Gaël Maranzana (OS HSE) /Feina Xu (OS HSE)
3.1 Projet ANR Multistable (02/2019 – 07/2022, porteur/responsible L. Gonon – CEA SyMMES) : Titre/Title : Membranes hybrides multi-stabilisées pour pile à combustible et électrolyseur/ Multi-Stabilized Hybrid Membranes for Fuel Cell and Electrolyser
Consortium : LEMTA – CEA SyMMES – C2P2 – IMP – LEMTA
3.2 ANR LOCALI (01/01/2018 – 2021, porteur/responsible Y. Bultel – LEPMI)
Titre/Title : Dévoiler les mécanismes de propagation des défauts locaux dans les PEMFC, par mesure et exploitation de la distribution de densité de courant locale/ Unveiling the propagation mechanisms of local defects in PEMFCs, by measurement and exploitation of local current density distribution
Consortium : LEPMI – CEA Liten – G2ELab – LEMTA
3.3 ANR MobiDiC (10/2016 – 10/2020, porteur/responsible M. Chatenet – LEPMI)
Titre/Title : Pile à combustible directe à borohydrure pour applications mobiles/Mobile Direct Borohydride Fuel Cells
Consortium : LEPMI – ICPEES – LEMTA – Paxitech – Pragma Industries
