Thèse soutenue

Elaboration d'électrodes de piles à combustible à membrane par un procédé de transfert de couches catalytiques

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Auteur / Autrice : Nicolas Sephane
Direction : Jacques RozièreMélanie Taillades-Jacquin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et physicochimie des matériaux
Date : Soutenance le 17/12/2013
Etablissement(s) : Montpellier 2
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Deborah Jacqueline Jones
Examinateurs / Examinatrices : Jacques Rozière, Mélanie Taillades-Jacquin, Deborah Jacqueline Jones, Cristina Iojoiu, Pedro Jesús Maireles Torres, Mathieu Marrony
Rapporteur / Rapporteuse : Cristina Iojoiu, Pedro Jesús Maireles Torres

Résumé

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Ces travaux de thèse portent sur l'optimisation des méthodes de fabrication des assemblages membrane électrodes des Piles à Membrane Echangeuse de Protons (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Ils ont pour objectif d'optimiser le dépôt des couches catalytiques sur la membrane par une méthode de transfert. Le procédé a été utilisé pour fabriquer d'une part des assemblages à membrane Nafion® pour les piles à combustible à membrane fonctionnant à 80 °C (PEMFC) et d'autre part des assemblages à membrane polybenzimidazole dopée en acide phosphorique pour les PEMFC à haute température (160 °C). Au cours de cette étude, la détermination précise de la quantité de platine a été rendue possible par des mesures non destructives en fluorescence X. Nous avons développé également une méthode originale de fabrication de suspensions de blendes Nafion-PBI qui ont été incorporées dans les électrodes des assemblages à membrane PBI. L'effet de la composition, des épaisseurs et du mode de préparation des électrodes sur les performances des assemblages a été discuté. Les assemblages membrane électrodes à membrane PBI ont été caractérisés par des mesures en polarisation et en spectroscopie d'impédance (EIS). La détermination de surface active d'électrode a été réalisée par des mesures en voltammétrie cyclique in-situ (CV). La mise au point du procédé de fabrication des électrodes par transfert de couches actives sur membrane a permis d'obtenir des informations importantes sur les conditions de préparation des électrodes. Les performances des assemblages à membrane Nafion® sont supérieures à celles obtenues sur des assemblages de référence avec des électrodes supportées sur couche de diffusion (GDE). Il a été possible de réaliser pour la première fois des assemblages avec un dépôt sur des membranes polybenzimidazole déjà dopées en acide, les premiers résultats obtenus sont extrêmement encourageants. Le procédé de transfert des couches catalytiques pourrait être adapté pour réaliser des dépôts sur d'autres variétés de membranes dopées ou non dopées en acide.