Un modèle physique multi-échelle pour l’analyse de l’électrolyse de l’eau dans des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMWE) : des données ab-initio vers les observables macroscopiques.

Etudiant :Luiz Fernando LOPES OLIVEIRA

Ecole doctorale :Array

Directeur ou Directrice : C. Jallut (LAGEP) et A.A. Franco (CEA)

Financement :collaboration CEA

Date de la soutenance :20130115

La filière énergétique de l’hydrogène se réfère àla possibilitéd’utilisation de H2pour transporter et produire de l’énergie.Il existe différentes méthodespour obtenirH2, parmi elles, l’électrolyse de l’eau.Parmi les dispositifsexistants utilisés pourla production d’hydrogènepar électrolyse del’eau, les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEMWE) ont été très étudiés durant cesdernières années.L’objectifprincipal de cette thèseest de fournir unmodèle multi-échellepour l’analyse du fonctionnement desPEMWE. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons différentestechniquesthéoriques et numériques, en raison des différentes échellesqui doivent être traitées. Cette thèsecomporte deux axesprincipaux :le premierconsiste en l’élaboration d’un modèle multi-échelletransitoirepour décrire le fonctionnementd’unPEMWE. Ce modèlecomprend une description détailléedes mécanismes chimiques élémentaires et des cinétiques associées au niveau des électrodes, une descriptiondu comportement de l’interface catalyseur-électrolyte àl’échelle nanométrique et une descriptionmicrostructuraledu transport desespèces chimiqueset des chargesau long des assemblages membrane électrodes (AME). Nous présentonsune étude d’impactdesdifférentsmatériaux catalytiquessurles performances des PEMWE et une étudede la sensibilitéaux conditions de fonctionnementà partirdes simulations numériques etlesrésultats sont discutés encomparaison avec les donnéesexpérimentales.Le deuxième axeestconsacré à l’étude détaillée des phénomènesà l’échelleatomique. Dans ce but,nous avons réalisé des calculs basés sur la théoriefonctionnelle de la densité(DFT) pour fournirune description détailléede l’adsorptionde l’eau surIrO2etRuO2, deux des catalyseursles plus utilisés dans un PEMWE.