Synthèse et propriétés de transport de membranes constituées d’alliages de polymères pour piles à combustible de type PEMFC

Synthesis and transport properties of polymer blend membranes for PEMFC

• Auteur / Autrice : Yongli Li
• Direction : Pierre Schaetzel, Quang Trong Nguyen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité

Diffusion (physique)

Protons -- Diffusion

Sulfonation

Conduction ionique

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Piles à combustible

Mots clés libres

Sorption

Résumé

De nouvelles membranes échangeuses de protons (MEP) ont été préparées à partir d’alliages composé de Polyétheréthercétone (PEEK) sulfoné et de Polyéthersulfone cardo (PESc) sulfoné. Sept membranes de compositions différentes à base des deux polymères précédents ont été étudiées. Elles ont été caractérisées par la capacité d’échange des protons, la conductivité ionique, le gonflement dans l’eau pure, la sorption de vapeur d’eau, la perméabilité à l’eau, ainsi que des mesures thermodynamiques et mécaniques. . La membrane optimisée pour une future application pour pile à combustible de type PEMFC ou DMFC est la suivante : SPEEK40-SPESc60 (40%/60% en masse). Ce matériau à les caractéristiques suivantes : une capacité d’échange de protons de 1. 32 meq/g de polymère sec, une conductivité ionique de 0. 090 W-1. Cm-1 à 30°C et un taux de gonflement de 35% à 30 °C dans l’eau. Nous avons développé de nouvelles équations de mécanique statistique permettant de prédire le comportement de membranes échangeuses de protons constitués d’alliages à partir des propriétés des matériaux constitutifs de l’alliage.

New proton exchange membranes were prepared from blends of sulfonated Polyetheretherketone (PEEK) and sulfonated Polyethersulfone cardo (PESc). The blended membranes are obtained by casting the collodion in a Petri dish, then the solvent was evaporated and finally they are treated in a solution of concentrated hydrochloric acid to get the acidic form of the proton exchange material. Seven membranes are prepared by blending the two pure polymers with different mass fraction. They are characterized by measuring the ion exchange capacity, the ionic conductivity, the water swelling, the water vapor sorption and permeation at 30 °C. The optimized membrane for the future application to PEMFC has the following wt% composition: 40 % SPEEK and 60 % SPESc. This membrane has an ion exchange capacity of 1. 32 meq/g of dry polymer, a conductivity of 0. 090 W-1. Cm-1 at 30 °C in a 0. 2 M HCl aqueous solution, a water swelling ratio of 35% at 30°C. A theoretical study, based on the generalized Nernst-Planck diffusion equation in the dusty gas model was developed to predict the properties of water vapour diffusion and the conductivity of all the blended membranes from the properties of the two pure polymers.