Matériaux organo-minéraux conducteurs protoniques pour membranes de piles à combustible à base de polycondensats à fonctions sulfonyl et hétérocycle préparés par voie sol-gel

Proton conducting inorganic-organic matrices for fuel cells based on sulfonyl- and heterocyclic-functionalized polycondensates via sol-gel processing

• Auteur / Autrice : Stéphane Jacob
• Direction : Christiane Poinsignon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électrochimie
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Des matériaux hybrides organo-minéraux (ORMOCER®s) conducteurs protoniques pour les piles à méthanol à combustion directe ont été préparés par procédé sol-gel à partir d'alcoxysilanes à fonctions sulfonyl, styrène et hétérocycle. Après les réactions d'hydrolyse et de condensation, la résine obtenue est appliquée en film mince et traitée par voie thermique et photochimique (UV). L'épaisseur de la membrane obtenue est comprise entre 0,1 et 0,5 mm. La conductivité des matériaux anhydres à 20 ʿC augmente de 1,0E-6 S/cm à 1,6E-4 S/cm après ajout d'imidazole. Le proton lié à l'imidazole migre selon un mécanisme de conduction véhiculaire. Des transferts de proton intramoléculaires sont aussi possibles entre les sites donneurs (-NH) et les sites accepteurs (-N=) de proton. Des conductivités atteignant 2,0E-2 S/cm à 140 ʿC ont été obtenues pour des membranes ORMOCER®/imidazole à tenue mécanique et thermique stable et des énergies d'activation de 0,40 et 0,70 eV ont été calculées dans la gamme de température 25 - 110 ʿC.