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Contexte :
L’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris est à la fois une Grande École d’ingénieurs et un institut de recherche (20 laboratoires) de réputation internationale jouissant d’une forte culture d’excellence scientifique (6 Prix Nobel). L’enseignement et la recherche se situent à la croisée du savoir et du savoir-faire en physique, chimie et biologie.
Laboratoire d’accueil :
UMR 8231 Chimie Biologie Innovation équipe Matériaux Innovants pour l’Energie
Recrutement d’un stagiaire dans le cadre de la recherche réalisée dans l’équipe équipe Matériaux Innovants pour l’Energie à l’ESPCI dirigée par le Professeur Annie Colin.
Sujet du stage :
Le stockage de l’énergie est le problème du 21ème siècle. Dans ce cadre, les piles Zinc Air apparaissent comme une solution économique et écologiquement très intéressante. Toutefois de façon à transformer ces piles en batteries de nombreux problèmes sont à résoudre : formation de dendrite, efficacité de la charge et de la décharge au niveau de l’électrode à air. Dans ce stage en collaboration avec Zinium, nous allons chercher à augmenter l’efficacité de l’électrode à air en imposant un flux de circulation de l’électrode liquide.
Le stage comprendra deux parties : une étude de la géométrie de la cellule en absence de flux et une étude en présence de flux. Les détails sont exposés plus bas.
I/ Etude de la géométrie de la cellule en absence de flux :
En reprenant des cellules fabriquées par Zinium et modifiées légèrement par rapport aux conditions actuelles de fonctionnement, nous souhaitons sonder l’influence de la géométrie. On va s’attacher à comparer une cellule en position verticale à une cellule en position horizontale.
Il s’agira dans un premier temps de voir comment la convection naturelle affecte le fonctionnement de la batterie. Nous allons réaliser les expériences de charge, décharge et suivre l’évolution des potentiels à chaque électrode. Ces données seront comparées à un modèle qui prend en compte le masquage de la surface de l’électrode par la présence de bulles. Nous allons utiliser des électrolytes industriels. Pour sonder la présence des bulles, des mesures de conductivité in situ seront réalisées. Ceci permettra de mesurer la fraction de gaz contenue dans l’électrolyte. Cette mesure est utilisée de façon très classique dans l’étude des mousses.
Cette étape se résume selon les 3 points suivants :
– Mesures de conductivité locale par les méthodes classiques.
– Mesure du potentiel de chaque électrode pendant le cyclage en conditions de fonctionnement industriel par l’utilisation d’un potentiostat/galvanostat.
– Analyse des résultats en comparaison avec le modèle théorique et la simulation.
Les deux premiers mois de stage seront consacrés à cette étape de l’étude.
II/ Etude de la géométrie de la cellule en présence de flux :
L’étude précédente sera reprise en flux d’électrolyte. Cette étude sera réalisée sur une cellule zinc-air industrielle adaptée à un écoulement de l’électrolyte permettant l’amélioration des performances. Il a été démontré qu’un flux d’électrolyte permet de déplacer les bulles et de régénérer la surface de l’électrode. A terme, ces études donneront des paramètres qui permettront d’alimenter une simulation numérique. Le but final est d’optimiser le dessin de la batterie en termes de taille, géométrie.
Durant cette étape, les expériences de la partie précédente seront réalisées à nouveau en conditions de flux.
Durée :
Ce stage est d’une durée de 3 mois extensible à 4-5 mois. Il est gratifié. Il se fait dans le cadre d’un partenariat industriel. Le stage peut débuter dès février 2020 et au plus tard juin 2020.
Contact : annie.colin@espci.fr