Auteur / Autrice : | Mylène Robert |
Direction : | Olivier Lottin, Jean-Christophe Perrin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Énergie et mécanique |
Date : | Soutenance le 12/01/2021 |
Etablissement(s) : | Université de Lorraine |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy) |
Jury : | Président / Présidente : Bruno Ameduri |
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Lottin, Jean-Christophe Perrin, Cristina Iojoiu, Vito Di Noto, Corine Bas, Assma El Kaddouri | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Cristina Iojoiu, Vito Di Noto |
Résumé
Bien que déjà présentées comme une technologie sûre et propre, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) restent confrontées à de solides verrous en termes de durabilité et de fiabilité, limitant leur commercialisation à large échelle. De nombreuses études ont déjà permis d’affiner la compréhension des phénomènes de vieillissement et ont permis de désigner la dégradation de la membrane comme l’un des principaux facteurs limitant la durée de vie des PEMFC. Cette étude vise à apporter des éléments de compréhension sur les mécanismes de dégradations chimique et mécanique par l’intermédiaire de protocoles de vieillissement ex-situ, ainsi qu’à comprendre l’impact de ces dégradations sur la structure et les propriétés fonctionnelles des membranes. Dans un premier temps, il a été nécessaire de clarifier l’influence de la réaction de Fenton, un protocole de vieillissement ex-situ largement reconnu dans la littérature, sur la dégradation chimique des membranes Nafion™. Les résultats ont confirmé que la concentration en réactifs de Fenton influençait significativement la décomposition chimique du polymère, à la fois d’un point de vue chimique et morphologique. Par la suite, nous avons choisi de suivre l’évolution de la dégradation chimique des membranes Nafion™ en fonction du temps et d’étudier son impact sur la structure de la membrane, ses propriétés de sorption et de diffusion de l’eau ainsi que son fonctionnement en pile. À cet égard, différentes techniques de caractérisation telles que la spectroscopie RMN 19F ou 1H ainsi que la spectroscopie FTIR ont permis de corréler les propriétés physico-chimiques de la membrane à ses caractéristiques structurelles et de mettre ainsi en évidence plusieurs marqueurs de la dégradation chimique. Enfin, un dispositif sur-mesure a été conçu afin d’étudier l’impact des contraintes mécanique et chimique conjointes sur les membranes Nafion™. L’objectif de ce dispositif était de reproduire des conditions de vieillissement proches de celles rencontrées lors du fonctionnement en pile.