Thèse soutenue

Développement de nouvelles membranes hybrides pour pile PEMFC à large gamme de température de fonctionnement
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Auteur / Autrice : Thomas Boucheteau
Direction : Pierre-Jean MadecGhislain David
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
Date : Soutenance en 2011
Etablissement(s) : Caen

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse s’inscrit dans le contexte de développement de nouvelles membranes pour pile à combustible PEMFC, portant des groupements protogènes acide phosphonique et pouvant fonctionner à haute température (>100°C) et faible HR (<50 %). Les travaux portent sur l’élaboration de membranes hybrides organique/inorganique à partir de polymères styréniques phosphoniques. La charge phosphonique, qui est constituée par des nanoparticules de silice fonctionnalisées par des chaînes polymères phosphoniques, a été obtenue par la méthode dite �� grafting onto ». Elle consiste tout d’abord à synthétiser le polymère, puis les fonctions terminales de ce dernier réagissent avec les silanols de surface de la silice. Le polymère phosphonate a été isolé en deux étapes, une polymérisation par ATRP du chlorométhylstyrène suivie de la phosphonation par la réaction de Michaëlis-Arbuzov. Après fonctionnalisation sur silice, des membranes sont préparées via des formulations contenant la charge et une matrice polymère PVDF-HFP dispersées dans le DMF. La forme acide est obtenue grâce à une hydrolyse dans l’acide chlorhydrique. Suite à l’étude des propriétés et caractéristiques des membranes, la membrane présentant un taux de charges de 40 % (CEI = 1 meq/g) a été sélectionnée comme matériau référence. Une conductivité de 65 mS/cm à 80°C a été mesurée dans des conditions immergées. Quand la membrane n’est plus immergée, la valeur chute drastiquement. Elle présente notamment une conductivité de 0. 21 mS/cm à 120°C et 25 % HR. Une voie de synthèse originale de greffage de fonctions acide phosphonique sur silice a également été développée. La charge phosphonique est constituée d’un copolymère polysiloxane-co-polydiéthylvinylphosphonate, obtenu par polymérisation du diéthylvinylphosphonate sur le polysiloxane, greffé sur silice. Des membranes sont alors préparées puis hydrolysées. Ces nouveaux matériaux semblent prometteurs car une conductivité de 36 mS/cm (25°C ; conditions immergées) a été mesurée pour la membrane présentant la meilleure CEI (0. 92 meq/g).