Elaboration et caractérisation des membranes à base de Nafion® / H3 et Nafion® / H1 pour les piles à combustible

Synthsis and physico-chemical study of new composite membranes Nafion/ phosphatoantimonic acid

• Auteur / Autrice : Houssemeddine Ben Attia
• Direction : Jean-Yves Sanchez, Jean-Claude Leprêtre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 17/05/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Gérald Pourcelly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Sanchez, Jean-Claude Leprêtre, Régis Mercier, Nizar Bellakhal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérald Pourcelly, Noureddine Amdouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible

Ionomères

Mots clés libres

Nafion®

Acide phosphatoantimonique

PEMFC

Propriétés thermomécaniques

Membranes composites

Nafion®

Phosphatoantimonic acid

PEMFC

Thermomechanical properties

Composite membrane

Résumé

Cette étude concerne l’élaboration et la caractérisation de membranes composites de piles àcombustible PEMFC. Ces nouveaux composites associent un ionomère commercial leNafion® à des charges acides minérales qui sont des acides phosphoantimoniques. Descharges mono et triacides, H1 et H3, ont été utilisées à des taux massiques compris entre 5 et20%. Outre, leur contribution à la conduction protonique et à l’hydratation, les 2 chargesaméliorent sensiblement, même à faible taux, la tenue thermomécanique des membranes. Cerenforcement permet de diminuer l’épaisseur des membranes et donc la chute ohmique. Lestests en pile, réalisés dans une large gamme d’hydratation des gaz et de température,démontrent l’apport incontestable des charges, les membranes composites étant sensiblementplus performantes dès lors que la température de fonctionnement atteint ou dépasse 80°C.

This study deals with the elaboration and characterization of composite membranes intendedto be used in PEMFC. These new composites combine a commercial ionomer, Nafion®, withinorganic acidic fillers that are phosphatoantimonic acids. Mono and triacid fillers, H1 and H3, have been used at 5 to 20wt% contents. Besides, their contribution to proton conductionand hydration, both fillers markedly improve, even at low content, the thermomechanicalperformances of the membranes. This reinforcement allows the thickness and, therefore, theohmic drop to be decreased. The MEA tests, performed in a wide range of gas humidificationand temperature, indisputably demonstrate the benefic effect of the fillers; Compositemembranes performing significantly better as soon as the operating temperature reaches orexceed 80°C.