28 avril 2012
FOREVER YOUNG NAFION®
Contact : Gérard Gebel

Densité de courant obtenue en pile au cours du temps avec une membrane préalablement « vieillie ». Au début la pile ne fonctionne pas. Après 800 heures, les performances de la « vieille » membrane Nafion® sont redevenues celles d’une neuve !

Comprendre et juguler le vieillissement de la membrane Nafion® conductrice de protons est l’un des points clés pour le développement des piles à combustible. En collaboration avec le Liten et l’ENSAM Paris nous avons montré que le mécanisme de vieillissement hygrothermique, observable sur la membrane seule, n’a pas lieu lors du fonctionnement en pile. Mieux encore, un Nafion® vieilli peut être rajeuni en pile !

 

Le Nafion® conduit les protons uniquement s’il est gonflé d’eau. C’est un polymère constitué de chaînes principales de téflon, avec des chaînes pendantes perfluorées très hydrophobes portant des fonctions acides sulfoniques hydrophiles SO3H. La conduction des protons H+ se fait dans la phase ionique contenant l’eau d’hydratation et les groupes ioniques SO3-. Or, à la température de fonctionnement d’une pile (80°C), le polymère subit un phénomène très défavorable à la conduction : l’eau favorise la condensation des SO3H, c’est-à-dire un « pontage » entre deux fonctions acides voisines. C’est ce qu’on appelle le vieillissement hygrothermique, qu’on observe dans une membrane stockée des centaines de jours à 80°C en présence d’humidité.

 

Mais dans une pile en fonctionnement, la situation est très différente : aucun vieillissement hygrothermique n’est observé. Pourquoi ? Parce que la pile produit de l’eau en excès. Dans ce cas la condensation des SO3H est équilibrée par la réaction inverse d’hydrolyse. Et en milieu acide ou basique, le pontage est quasiment inexistant. Le fonctionnement en pile n’engendre donc pas de condensation. Nous avons même démontré qu’on peut rajeunir une « vieille » membrane en la faisant travailler en pile ! La réaction de condensation étant réversible, on peut en effet régénérer une membrane ayant subi un vieillissement hygrothermique ex-situ.

 

Maj : 29/04/2014 (1026)

 

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