Couches minces anti-corrosion pour des éléments structurels de l'anode d'électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE)

Par une approche multidisciplinaire, le projet COSTO propose de lever l'un des principaux verrous technologiques de l'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons (PEM) : remplacer le titane par des aciers inoxydables – plus rentables économiquement et facilement usinables – pour les plaques bipolaires (BPP) et les couches de transport poreuses (PTL) au compartiment anodique qui seront revêtues de couches protectrices produites par des techniques à l'échelle industrielle. Le consortium COSTO est construit autour de 7 équipes regroupant des compétences en science des couches minces, analyse des nanostructures, corrosion et électrochimie dans le domaine de l'électrolyse. Des dépôts de films minces de TiO_xN_y, Ta ou SnO₂ sont élaborés et optimisés par Atomic Layer Deposition (ALD), permettant un dépôt conforme sur des structures poreuses comme les PTL, et par Physical Vapor Deposition (PVD) permettant d’obtenir des couches plus épaisses. Les matériaux sont caractérisés à différentes échelles à l'état initial et post-mortem (après électrochimie) pour fournir une analyse approfondie de leur micro/nanostructure et de leur chimie afin d'élucider les relations entre la synthèse, la structuration du film et les propriétés protectrices. Les propriétés anti-corrosion sont étudiées ex situ par des mesures de polarisation anodique potentiostatique en milieu H₂SO₄ dilué de plusieurs jours à plusieurs semaines. Des caractérisations multi-échelles réalisées sur les matériaux seront complétées par des mesures électrochimiques locales (SECM/AFM) pour caractériser la réactivité locale et les distributions de courant et potentiel au sein d’une cellule d’électrolyse. Un modèle multiphysique 3D sera développé pour simuler l'électrochimie couplée au transport multiphasique afin de fournir une description réaliste des phénomènes physico-chimiques fondamentaux se déroulant dans la partie anodique des électrolyseurs. Le dernier axe du projet consistera à implémenter les BPP et PTL protégées par les meilleurs revêtements anticorrosion dans un électrolyseur à l’échelle du prototype de laboratoire afin de valider l’ensemble de la démarche et de proposer une solution innovante qui pourra être utilisable dans un proche avenir dans des PEM de taille industrielle.