Recherche Avancée

Thèse soutenue

Synthèse et propriétés de transport de membranes polymères pour piles à combustible de type PEMFC

FR
Auteur / Autrice : Benoît Riffault
Direction : Pierre Schaetzel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance en 2005
Etablissement(s) : Caen

Résumé

FR

De nouvelles membranes échangeuses de protons (MEP) ont été préparées à partir du polyéthersulfone cardo (PES-c) par sulfonation dans l'acide sulfurique concentré pour des temps de réaction variant de 2 à 8 heures. Les films polymères sont obtenus par coulage du collodion sur une plaque de verre ou de polypropylène, évaporation du solvant et enfin traitement dans une solution d'HCl afin d'obtenir une membrane échangeuse de protons sous forme acide. Les différentes membranes ont été caractérisées par le gonflement dans l'eau pure, la capacité d'échange des protons, la conductivité ionique, la perméation de vapeur à l'eau et au méthanol et la perméation gazeuse. La membrane optimisée pour une application pile à combustible de type PEMFC a été obtenue pour un temps de sulfonation de 3 heures. Ce matériau à les caractéristiques suivantes : une capacité d'échange de protons de 1. 3 méq/g de polymère sec, un taux de gonflement de 30% à 30°C et une conductivité ionique de 0. 12-1. Cm-1 à 30 °C dans de l'HCl 0,2 M. Plusieurs MEA (ensemble membrane - électrode) ont été fabriquées par pressage à chaud ou par collage à froid de la membrane sur des électrodes E-TEK afin d'être testées sur un banc de test pour PAC H2/Air. Une MEA du commerce déjà assemblée contenant une membrane Nafion 112 à aussi été testée sur le banc de test afin de pouvoir comparer les performances de notre membrane à celle de la Nafion 112 qui est actuellement la membrane de référence. Une étude théorique basée sur une équation de mécanique statistique, montre que l'efficacité maximale de conversion énergétique est obtenue pour des membranes faiblement gonflées ayant une capacité d'échange de protons élevée.