Elaboration et caractérisation de nouvelles membranes thermostables pour application piles à combustible

par Vincent Ratieuville

Thèse de doctorat en Chimie - Physico-chimie des polymères

Sous la direction de Stéphane Marais.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse ont pour objectif l'élaboration de membranes thermostables conductrices de protons destinées aux piles à combustible. En effet, les performances de la membrane Nafion®, référence des PEMFCs (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) sont limitées aux basses températures, ceci en raison d'une perte de conductivité par effet de déshydratatin au-delà de 90°C. Pour remédier à cela et s'affranchir de l'hydratation des membranes deux approches ont été développées. La première consistait à concevoir des membranes à base de polyimide (Matrimid®) et de liquide ionique (LI) protique soit comme membrane à liquide ionique imprégnée (MLII), soit comme membrane composite par simple mélange. La MLII présente les meilleures propriétés (résistance mécanique, conductivité ionique, etc. ) mais un relargage de LI a été observé avec l'augmentation de température. La seconde démarche visait l'élaboration de membranes ionomères à partir de la synthèse de polymères conducteurs, les polyazoles (POD). Pour tenter d'améliorer la stabilité mécanique et la conductivité ionique du POD, différentes membranes ont été réalisées par association du POD avec le Matrimid®, le LI (BIM-DBP) ou encore un co-monomère sulfonique (ASB). Les premières mesures de conductivité ont déjà montré quelques résultats encourageants. Au cours de ce travail de thèse et en particulier pour les MLIIs une corrélation a pu être établie entre les différentes structures des membranes étudiées et leurs propriétés de conductivité ionique, de résistance thermique, mécanique et chimique, de perméation et de stabilité à la pression.


  • Résumé

    The aim of the present work was to develop thermally stable proton-conducting membranes for cell application. Indeed, performances of the Nafion® membrane, reference for PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), are limited due to a conductivity loss above 90°C caused by dehydration effect. To solve this problem and to overcome the hydration dependence of membranes, two approaches have been investigated. The first one was to elaborate membranes based on polyimide (Matrimid®) and protic ionic liquid (IL) as either supporrted ionic liquid membrane (SILM) or as a composite membrane by simple blending. SILM presents the best properties (mechanical strength, ion conductivity, etc. ) but an IL leakage was observed with temperature increasing. The second approach involved the development of ionomer membranes based on synthetised conductive polymers, namely polyazole (POD). In order to improve the mechanical stability and the ionic conductivity of POD, different membranes were elaborated by its association with Matrimid® and IL (BIM-DBP) or with a sulfonic co-monomer (SBA). Encouraging results were obtained during conductivity measurements. In this work , a correlation between the structure of the studied membranes and their ionic conductivity, permeation, thermal, mechanical and chemical properties, as well as pressure stability was established.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (240 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 314 références

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 14/ROUE/S056
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