Thèse soutenue

Membranes conductrices protoniques basées sur des polymères aromatiques sulfonés pour piles à combustibles : synthèse et propriétés
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Auteur / Autrice : Emanuela Sgreccia
Direction : Maria-Luisa Di VonaPhilippe Knauth
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
Date : Soutenance en 2010
Etablissement(s) : Aix-Marseille 1 en cotutelle avec Università di Roma "Tor Vergata"
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Résumé

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Le membrane a scambio protonico, componenti essenziali delle celle a combustibile ad elettrolita polimerico (PEMFCs), per poter essere utilizzate efficacemente devono esibire differenti proprietà come stabilità morfologica, idrolitica, meccanica ed adeguate proprietà di conducibilità a temperature superiori a 100 °C per bassi valori d’umidità relativa. Nella presente tesi sono state esplorate due diverse strategie, basate su polimeri solfonati aromatici, per la sintesi di polimeri conduttori protonici: la formazione di ibridi organici-inorganici nanocompositi e la formazione di legami reticolati inter-catena a seguito di trattamenti termici. L'impiego di materiali ibridi permette di sfruttare l'effetto sinergico dovuto alla contemporanea presenza di una componente organica, polimerica, e di una inorganica. In particolare si è utilizzata una miscela costituita dallo S-PEEK ad alto grado di solfonazione come composto base e da un polimero sililato a base di PPSU come componente minoritario. Lo S-PEEK viene utilizzato per garantire un’elevata conducibilità, mentre l’Si-PPSU garantisce una buona stabilità meccanica (fase “ancora”). Sono stati anche studiati composti nanocompositi ibridi a base di S-PEEK in cui è stata dispersa TiO2 funzionalizzata. Anche la seconda strategia seguita, la sintesi di composti reticolati, ha dato risultati molto positivi. In particolare si è osservato, per la prima volta, che potevano essere ottenuti legami solfone inter-catena tramite l’utilizzo di opportuni trattamenti termici in presenza di DMSO come solvente di casting. Si è dimostrato che le membrane così ottenute sono in grado di resistere in acqua fino a 145 °C senza dare importanti fenomeni di swelling, mantenendo la stabilità meccanica e buone proprietà di conducibilità. Le membrane sono state caratterizzate mediante l’utilizzo di molte tecniche, tra cui: l’analisi termogravimetrica, le misure meccaniche statiche e dinamiche, le misure di assorbimento d’acqua, sia per immersione, che in fase vapore, la spettroscopie IR ed NMR, la spettroscopia di impedenza e l’analisa dielettrica.