Synthèse et caractérisation de nouvelles membranes protoniques : Applications en pile à combustible à membrane échangeuse de protons

Synthesis and characterization of new protonic membranes : applications in proton exchange membrane fuel cell

• Auteur / Autrice : Walid Mabrouk
• Direction : Jean-François Fauvarque, Fatma Matoussi, Cyrille Sollogoub
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 10/03/2012
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec Université Tunis El Manar. Faculté des Sciences Mathématiques, Physiques et Naturelles de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Arts et Métiers (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Propriétés et architectures des alliages et mélanges (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Propriétés et Architectures des Alliages et Mélanges
• Jury : Président / Présidente : Khaled Boujlel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Fauvarque, Fatma Matoussi, Cyrille Sollogoub, Khaled Boujlel, Jacques Rozière, Béchir Hamrouni, Jean-Pierre Chevalier, Nizar Bellakhal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jacques Rozière, Béchir Hamrouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sulfonation

Membranes échangeuses d'ions

Conduction ionique

Mots clés libres

Pile à combustible à membrane échangeuse de proton

Conductivité ionique

Taux de sulfonation

Polyéthersulfone

Proton exchange membrane fuel cell

Ionic conductivity

Degree of sulfonation

Polyethersulfone

Résumé

La synthèse et la caractérisation de nouvelles membranes à conduction protonique, pour pile à combustible à membrane échangeuse de proton, ont été réalisées. Une étude sur des molécules modèles a permis de mieux appréhender la stabilité thermique et électrochimique du polyéthersulfone sulfoné (S-PES). Des membranes à base de polyéthersulfone sulfoné greffés à l’octylamine (S-PESOS) et des membranes mixtes à base de S-PESOS et S-PES ont été caractérisées d’un point de vue physicochimique et électrochimique. L’effet de la réticulation chimique sur les propriétés des membranes a été évalué. Les membranes réticulées présentent des bonnes propriétés mécaniques, des conductivités ioniques et une stabilité chimique suffisantes pour être utilisées dans les piles à combustible à membrane échangeuse de proton. L’étude des propriétés de transport dans ces électrolytes acides a été approfondie en corrélant des mesures thermiques avec des mesures électrochimiques, thermodynamiques et les performances en pile. Mots clés: pile à combustible à membrane échangeuse de proton, conductivité ionique, taux de sulfonation, polyéthersulfone.

The synthesis and characterizations of new membranes with for proton exchange membrane fuel cell were carried out. Thermal and electrochemical stability of sulfonated polyethersulfone (S-PES) were studied. Sulfonated polyethersulfone grafted with octylamine (S-PESOS) membranes and binary S-PESOS and S-PES membranes were characterized from a physicochemical and electrochemical point of view. The effect of chemical cross-linking on the membrane properties was evaluated. The cross-linked membranes showed sufficient mechanical properties, ionic conductivities and chemical stability to be used as electrolyte in the proton exchange membrane fuel cell. The proton transport mechanisms, in this acid electrolyte, were deepened correlating thermal and electrochemical properties, thermodynamic measurements and fuel cells performances.