Etude de films électroactifs par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique : application à la caractérisation de membranes à conduction protonique

par Thi Kim Loan To

Thèse de doctorat en Chimie - Physique et chimie analytique

Sous la direction de Hubert Perrot.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .

mots clés

• Film électroactif
• Pem
• Structure bicouche
• Ac-électrogravimétrie
• Microbalance à quartz
• Impédance électrochimique

Résumé

Divers films électroactifs à conduction mixte électronique et ionique ainsi que des membranes échangeuses de protons (PEM) ont été caractérisées par couplage de techniques électrochimique et gravimétrique. Plus précisément, deux configurations différentes ont été employées et étudiées dans différents électrolytes : l’une simple, où le film électroactif est électrogénéré à la surface d’une électrode d’or (Or/film) et l’autre, où une structure bicouche, comprenant le film électroactif dit médiateur et la membrane échangeuse de proton (Or/film/PEM), est réalisée. Dans un premier temps, nous avons développé un nouveau modèle théorique qui considère que les films électroactifs ont une nature poreuse. Il permet aussi de séparer le transfert électronique à l’interface électrode/film du transfert ionique à l’interface film/solution. Dans un deuxième temps, ce modèle a été appliqué aux données expérimentales déterminées à partir des différents films réalisés et les valeurs numériques des différents paramètres ont été obtenues par une méthode d'ajustement. Grâce à une technique puissante, l’électrogravimétrie, plusieurs phénomènes ont été mis en évidence. Dépendant du type de films électroactifs, la cinétique globale du processus électrochimique est majoritairement contrôlée par le transfert ionique et parfois, à la fois par celui-ci et le transfert électronique. Bien que le processus faradique des structures bicouches ne dépend que du film électroactif médiateur, la présence de la couche PEM change cette cinétique globale du film médiateur. De façon quantitative et qualitative, la contribution de chaque espèce chargée ou non, impliquée dans ce processus électrochimique est déterminée. Selon la perm-sélectivité aux ions et à l’eau de la membrane PEM, différentes espèces tels que le proton, l’anion et l’eau libre ont été identifiées pour les structures bicouches.

Titre traduit

Study of electroactive films by coupling electrochemical and gravimetric techniques : application to the characterization of proton conductive membrane

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