Étude comparative des membranes polymères échangeuses de protons : application aux électrodes à air pour pile à combustible
Auteur / Autrice : | Abdelkader Ayad |
Direction : | Jean-François Fauvarque |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Électrochimie |
Date : | Soutenance en 2003 |
Etablissement(s) : | Paris, CNAM |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Bien que la membrane Nafion présente toutes les caractéristiques requises pour le bon fonctionnement des piles à combustible, son coût de fabrication élevé contribue au développement des nouvelles membranes ioniques. Notre étude s’intéressera à la caractérisation physico-chimique et électrochimique de nouveaux polymères conducteurs protoniques principalement le polyimide sulfoné (PIS), le polyétheréthercétone sulfoné (Peek-s), et le polybenzimidazole non sulfoné (PBI) et l’influence de ces polymères sur la cinétique de réduction de l’oxygène sur platine. Pour chacun des polymères, excepté le PBI, la conductivité et la capacité de rétention d’eau sont de même ordre que celles de Nafion. La perméabilité de l’oxygène est supérieure dans le Nafion que dans les autres polymères. Le coefficient de diffusion dans les différentes polymères est inférieur à celui de la solution (H2SO4 0,5M). De ce fait la concentration de l’oxygène dans le polymère est supérieure à celle de la solution, ce qui est favorable à la réaction de réduction d’oxygène. Les paramètres cinétiques de la réaction de réduction de l’oxygène tels que le courant d’échange et le nombre d’électrons transférés lors de la réaction électrochimique restent inchangés que soit avec ou sans polymère. Le taux optimal de polymère incorporé dans la matière active varie suivant la nature de ce dernier, il est de l’ordre de 25% pour le Nafion, de 15% pour le Peek-s et le PIS. Les expérimentations en pile montrent la nécessité d’avoir une bonne adhérence entre la membrane et l’électrode, mais également d’intégré dans la membrane et dans l’électrode un polymère présentant des caractéristiques physico-chimiques adéquates. En conclusion, le Peek-s semble être la meilleure alternative au Nafion.