Elaboration de matériaux hybrides par procédé sol-gel pour application pile à combustible PEMFC

par Frédéric Rambaud

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Clément Sanchez.

Soutenue en 2011

à Paris 6 .


  • Résumé

    Des membranes hybrides composées de polymère organique non conducteur protonique et d’une charge minérale conductrice sont élaborées en vue d’une application PEMFC dans le but d’augmenter la température de fonctionnement de la pile. Cette élévation de la température est rendue nécessaire pour accroître la durée de vie des électrodes et gagner ainsi en efficacité. Le concept original, développé dans cette étude, est l’emploi d’une composante inorganique mésoporeuse hybride, anisotrope et dispersable dans une phase organique. La silice est un matériau connu pour son caractère hygroscopique. De plus sa facilité de fonctionnalisation surfacique permet de lui conférer des propriétés intéressantes. La première étape de ce travail à consister en l’élaboration contrôlé de nanocharges présentant un facteur de forme supérieur à 8 et une grande surface spécifique. Les nanofibres obtenues permettent de facilité la conduction protonique au sein du polymère, par la création de chemins de conductions préférentielles des protons au travers de la membrane. Le transport de ces espèces est réalisé par l’incorporation de groupements sulfoniques à la surface de la porosité des fibres. La mobilité protonique étant assurée par le nombre de sites actifs, une post-hybridation a été nécessaire, afin d’apporter un complément de fonction conductrice de protons aux nanofibres hybridées lors de leur formation. Deux voies de post-incorporations ont été optimisées, conférant à l’électrolyte une conduction protonique équivalente au Nafion® après contrôle du procédé de mise en forme.

  • Titre traduit

    Elaboration of hybrid materials using the sol-gel process for PEMFC


  • Résumé

    Hybrid membranes composed of a non-conductive protonic organic polymer with an inorganic conductive particles were produced for a PEMFC application with the objective of increasing the operating temperature. In order to lengthen the life expectancy of the electrodes and to improve its effectiveness, we need to increase the operating temperature. The original concept of this study employed the use of an anisotrope functionalized inorganic mesoporous componant dispersed into an organic phase. Silica is a material known for its hygroscopic characteristics. Additionally, silica has an easily modifiable surface, which brings interesting properties to electrolyte application. The first step of this study consisted of morphological control of the hybrid charge with a shape factor higher than 8 and with a large specific surface structure. The obtained nanofibers induced the protonic conduction into the polymer by forming preferential conduction paths of protons through the membrane. The movement of these cations was performed by incorporating sulfonic groups onto the porous surface of the fibers. The protonic motion was dependent on the number of active sites. A post-hybridation was necessary to increase the performance of the hybrid nanofibers. Two manners of post-incorporation and processes were studied and improved, which gave a protonic conduction equivalent to Nafion®.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres. 193 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2011 46
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