Développement d'un simulateur d'électrolyse alcalin avec membrane polymère échangeuse d'anions

par Ronit Panda (Ronit kumar panda)

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Yann Bultel et de Guillaume Serre.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production , en partenariat avec CEA Grenoble / LITEN (laboratoire) depuis le 13-07-2020 .


  • Résumé

    Les systèmes alcalins à membrane polymère échangeuse d'anion (AEM) connaissent un intérêt croissant car ils ont les avantages cumulés des systèmes alcalins et des systèmes PEM sans leurs inconvénients respectifs : pas besoin de PGM comme catalyseur, électrolyte polymère au lieu de diaphragme, pas besoin de solution KOH (à terme), pas de problème induit par l'acidité. Ces systèmes nécessitent un effort de recherche significatif avant d'atteindre la maturité industrielle. Parmi les efforts à faire, on peut citer la stabilité de la membrane comme un des axes de recherche prioritaire (https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.258). Pour aborder cette thématique des systèmes alcalins AEM, on se propose de développer un outil réceptacle de tous les développements, les connaissances à venir : un code similaire à MePHYSTO (plateforme MUSES) pour étudier d'abord leurs performances puis leurs dégradations. Puisque nous devons intervenir dans le projet européen NewELY dédié aux électrolyseurs alcalins, nous souhaitons développer une version électrolyseur AEM du code MePHYSTO en partant de sa version électrolyseur PEM. A notre connaissance il existe un seul travail de modélisation d'électrolyseurs alcalin AEM réalisé à Hong-Kong (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.10.025) avec une approche similaire par certains aspects à MePHYSTO mais moins complète (pas de thermique par exemple). Cette thèse qui fera suite aux 2 stages portant sur les systèmes alcalin AEM, visera à faire monter le département en compétence sur les systèmes anioniques et de proposer des améliorations pour les performances et l'augmentation de la durée de vie. Le moyen pour atteindre ces objectifs est de développer cet outil d'abord pour qu'il soit capable de simuler les performances dans différentes conditions opératoires, en particulier la modification des solutions qui alimentent le système électrochimique (KOH, K2CO3 ou KHCO3) sur la conductivité OH- de la membrane puis, la dégradation de la membrane qui est encore très mal connue. La thèse se fera en collaboration entre le LMP et le LCP où un CDD associé à NewELY réalisera en parallèle des caractérisations qui seront utilisées pour la mise au point des modèles et leur validation

  • Titre traduit

    Development of an alkaline electrolyzer simulaton with anion exchange polymer membrane


  • Résumé

    Alkaline systems with anion exchange polymer membrane (AEM) are of increasing interest because they have the cumulative advantages of alkaline systems and PEM (proton exchange membrane) systems without their disadvantages: no need for platinum as a catalyst, polymer electrolyte instead of diaphragm, no need for KOH solution, no problem induced by acidity. These systems however require a significant research effort before reaching the industrial maturity. To address this theme of alkaline systems AEM, it is proposed to develop a simulator of normal and degraded operations. This tool will be the receptacle of available physicochemical models and coming ones for this technology. In practice, the lab already has a code under Matlab / Simulink for electrolyzer PEM. This code will have to be adapted to AEM electrolyzer by changing the physicochemical performance models (normal operation) and adding those for degradation. This will require analyzing the existing models in the literature and developing those that do not exist or are insufficient, using the results of experiments that will take place at the same time in a nearby laboratory. This thesis will aim at developing the code, first so that it is able to simulate the performances under different operating conditions, then that it can simulate the degradation of these performances over time according to the parameters influencing different types of degradation (membrane ...). The candidate must have skills in modeling and numerical simulation, as well as physico-chemistry and know how to interact with the people who will be doing the tests used to develop / validate new models.