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 vise à lever un verrou majeur de l’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEM) : remplacer le titane, coûteux, par des aciers inoxydables pour les plaques bipolaires (BPP) et les couches de transport poreuses (PTL) du compartiment anodique. Ces substrats seront protégés par des revêtements anticorrosion compatibles avec des procédés industriels.

Le projet se concentre notamment sur le développement de multicouches Ti/TiN?O?, associant une couche d’accroche en titane et des couches oxynitrures conductrices, afin d’optimiser simultanément adhérence, conductivité et résistance à la corrosion en conditions anodiques sévères.

Le consortium COSTO regroupe sept équipes aux expertises complémentaires en couches minces, nanostructures, corrosion et électrochimie. Des films de TiO?N?, Ta ou SnO2 sont élaborés par dépôt par couches atomiques (ALD), assurant un revêtement conforme de structures poreuses, et par dépôt physique en phase vapeur (PVD), permettant des couches plus épaisses et des architectures multicouches.

Les matériaux sont caractérisés à différentes échelles, à l’état initial et après vieillissement électrochimique, afin de relier conditions de synthèse, structure et propriétés protectrices. Les performances anticorrosion sont évaluées par polarisation anodique en milieu H2SO4 dilué sur plusieurs jours à semaines.

Ces études sont complétées par des mesures électrochimiques locales (SECM, AFM) pour cartographier la réactivité et les distributions de courant et de potentiel. En parallèle, un modèle multiphysique 3D simulera le couplage entre électrochimie et transport multiphasique dans le compartiment anodique.

Enfin, les BPP et PTL revêtues, notamment avec les multicouches Ti/TiN?O? optimisées, seront intégrées dans un prototype d’électrolyseur afin de valider la démarche et proposer une solution transférable à l’échelle industrielle.