Thèse soutenue

Etude et caractérisations de membranes nanocomposites hybrides pour pile à combustible du type PEMFC

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Auteur / Autrice : Julien Cellier
Direction : Pierrick BuvatJanick Bigarre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 26/01/2017
Etablissement(s) : Tours
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : EMSTU - Laboratoire de synthèse et de transf. des polymères
Jury : Président / Présidente : Bruno Ameduri
Examinateurs / Examinatrices : Meriem Anouti-Benaichouche, Erwan Nicol
Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Marais, Sergueï Martemianov

Résumé

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La membrane conductrice protonique constitue un rouage essentiel du fonctionnement des piles à combustible PEMFC. Les travaux de recherche présentés dans ce document consistent à développer une membrane non perfluorée basée sur une technologie nanocomposite hybride susceptible d’être produite à faible coût. Cette membrane est composée d’une matrice poly(VDF-co-HFP) dans laquelle sont dispersées des nanoparticules de silice fonctionnalisée par de l’acide poly(styrène sulfonique) (PSSA). Ce travail a porté sur l’étude de la mise en oeuvre de la membrane afin d’obtenir une membrane homogène et dense avec des caractéristiques physico-chimiques et électrochimiques intéressantes. Les performances en pile après rodage à 60 °C sont extrêmement satisfaisantes avec un gain en densité de puissance de 40 % à 0,7 V par rapport au Nafion® NRE211. Les études de durabilité de la membrane ont mis en évidence un phénomène d’élution de la silice fonctionnalisée ayant pour conséquence un fort déclin de tension. Différentes stratégies de modification de la membrane ont été proposées pour améliorer la stabilité de la membrane. Les plus intéressantes consistent à modifier la morphologie de la matrice (grades de PVDF plus rigides ou réticulation du poly(VDF-co-HFP) par irradiation) pour mieux confiner les charges ou à greffer la silice fonctionnalisée sur la matrice. Cette dernière stratégie conduit à une diminution par trois du gonflement et par 2,5 de la vitesse de déclin à 80°C.