Offre de thèse
Stabilisation de l'anode fer pour le stockage d'énergie longue durée
Date limite de candidature
30-04-2025
Date de début de contrat
01-10-2025
Directeur de thèse
ETIENNE Mathieu
Encadrement
Discussions régulières avec les encadrants, présentation des travaux dans les séminaires internes du laboratoire (en anglais). Un comité sera constitué pour assurer le suivi de la formation et d'avancement des recherches du doctorant.
Type de contrat
école doctorale
équipe
Chimie et Electrochimie Analytiquescontexte
Le stockage longue durée de l'énergie électrique est essentiel au développement et à l'intégration au réseau électrique des énergies renouvelables de type éolien et photovoltaïque. Au-delà des enjeux techniques liés aux technologies de stockage proposées, la disponibilité des ressources et leur coût sont aussi des facteurs essentiels à prendre en compte lorsque la durée de stockage augmente. C'est sans doute ce qui explique le très grand intérêt porté aujourd'hui au fer pour le stockage électrochimique de l'énergie. Ce matériau est abondant et son coût est faible. Plusieurs technologies à base de fer font l'objet de recherches et de développements intensifs, telles que les batteries fer-air ou les batteries à flux redox tout fer. Cependant, la réactivité du fer avec un électrolyte aqueux n'est pas facile à contrôler et conduit en particulier à des processus d'autodécharge en lien avec la corrosion du fer et la réaction d'évolution d'hydrogène.spécialité
Chimielaboratoire
LCPME - Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l'Environnement
Mots clés
Electrochimie, batterie, électrolyte, corrosion, énergies renouvelables, réaction d'évolution d'hydrogène
Détail de l'offre
Le stockage longue durée de l'énergie électrique est essentiel au développement et à l'intégration au réseau électrique des énergies renouvelables de type éolien et photovoltaïque. Au-delà des enjeux techniques liés aux technologies de stockage proposées, la disponibilité des ressources et leur coût sont aussi des facteurs essentiels à prendre en compte lorsque la durée de stockage augmente. C'est sans doute ce qui explique le très grand intérêt porté aujourd'hui au fer pour le stockage électrochimique de l'énergie. Ce matériau est abondant et son coût est faible. Plusieurs technologies à base de fer font l'objet de recherches et de développements intensifs, telles que les batteries fer-air ou les batteries à flux redox tout fer.
L'enjeu de ce projet de recherche est de maintenir la réactivité redox du fer, qui est nécessaire dans les phases de charge et de décharge, mais en limitant la corrosion et la réaction d'évolution d'hydrogène qui sont les sources principales d'autodécharge.
Il s'agit aussi d'analyser cette réactivité avec des techniques couplées électrochimie/optique/spectroscopie pour mieux la comprendre et la maîtriser, et permettre le développement d'une technologie adaptée au stockage longue durée des énergies électriques renouvelables.
Keywords
Electrochemistry, battery, electrolyte, corrosion, renewable energies, hydrogen evolution reaction
Subject details
Long-term storage of electrical energy is essential for the development and integration of renewable energies such as wind power and photovoltaics into the electricity grid. Over and above the technical challenges associated with the storage technologies being proposed, the availability of resources and their cost are also essential factors to be taken into account when increasing the duration of storage. This is undoubtedly why there is so much interest today in iron for electrochemical energy storage. This material is abundant and its cost is low. Several iron-based technologies are the subject of intensive research and development, such as iron-air batteries and all-iron redox flow batteries. The challenge of this research project is to maintain the redox reactivity of iron, which is necessary in the charging and discharging phases, while limiting corrosion and the hydrogen evolution reaction, which are the main sources of self-discharge. The aim is also to analyze this reactivity using coupled electrochemical/optical/spectroscopic techniques to better understand and control it, and enable the development of a technology suited to the long-term storage of renewable electrical energy.
Profil du candidat
Formation de base en chimie-physique, chimie analytique et électrochimie. Une première expérience pratique en électrochimie sera très appréciée. Bonne communication orale et écrite en anglais.
Candidate profile
Basic training in physical chemistry, analytical chemistry and electrochemistry. First practical experience in electrochemistry will be highly appreciated. Good oral and written communication skills in English.
Référence biblio
• L. C. Greenburg et al., “Crowding Agent Stabilizes Aqueous Electrolyte for Reversible Iron Metal Anode,” ACS Energy Letters, pp. 1022–1029, Feb. 2025, doi: 10.1021/acsenergylett.4c03268.
• Oarga-Mulec, U. Luin, and M. Valant, “Back to the future with emerging iron technologies,” RSC Advances, vol. 14, no. 29. Royal Society of Chemistry, pp. 20765–20779, Jul. 01, 2024. doi: 10.1039/d4ra03565h.
• J. Jiang and J. Liu, “Iron anode‐based aqueous electrochemical energy storage devices: Recent advances and future perspectives,” Interdisciplinary Materials, vol. 1, no. 1, pp. 116–139, Jan. 2022, doi: 10.1002/idm2.12007.
• Z. He, F. Xiong, S. Tan, X. Yao, C. Zhang, and Q. An, “Iron metal anode for aqueous rechargeable batteries,” Materials Today Advances, vol. 11. Elsevier Ltd, Sep. 01, 2021. doi: 10.1016/j.mtadv.2021.100156.
• K. L. Hawthorne, T. J. Petek, M. A. Miller, J. S. Wainright, and R. F. Savinell, “An Investigation into Factors Affecting the Iron Plating Reaction for an All-Iron Flow Battery,” Journal of The Electrochemical Society, vol. 162, no. 1, pp. A108–A113, 2015, doi: 10.1149/2.0591501jes.