Dégradation de membranes conductrices ionique pour l'application pile à combustible
L.Gonon

A gauche, tension de la pile pour une densité de courant fixé, en fonction du temps. Arrêt de la pile aprés 450h. A droite, état de la membrane (sPI) après arrêt de la pile.

Les piles à combustible actuellement disponibles reposent sur l’utilisation d’un cœur de pile à base d’une membrane conductrice protonique perfluorées de type Nafion. Cependant, la durabilité de ces matériaux chute sensiblement lors d’un fonctionnement cyclique (arrêt/démarrage) ce qui les rend inadaptés pour les applications dans le domaine des transports. Des membranes polymères dites « alternatives » de type polyaromatique (polyimides sulfonés (sPI), polyethercétones sulfonés (sPEEK), polybenzimidazoles sulfonés (sPBI)) sont envisagées. Bien que l’émergence de ces matériaux « alternatifs » et plus globalement de cette technologie comme source d’énergie repose sur une parfaite connaissance et maîtrise de la durée de vie de la membrane, peu d’études sont menées dans ce sens. Les quelques études réalisées restent superficielles et seule la durée de vie maximale en pile ou lors d’un vieillissement ex-situ oxydatif est mesurée. Cette approche ne permet donc pas de définir le mécanisme de vieillissement de la membrane polymère et ainsi d’identifier les paramètres d’influence. La dégradation de la membrane peut résulter d’un vieillissement chimique, mécanique et électrochimique du réseau macromoléculaire. Les polymères sont des réacteurs chimiques particulièrement complexes. Les modifications induites sont dépendantes non seulement de la microstructure chimique et moléculaire du polymère mais également de sa morphologie et de son état physique. Aussi seule une approche physico-chimique des modifications induites en cours de fonctionnement peut nous permettre d’identifier les phénomènes induits en cours de fonctionnement. Cette approche « mécanistique » permet d’identifier les sites préférentiels de dégradation et la nature des produits stables formés. Il est donc important de comprendre et prévoir les lois d’évolution de ces matériaux tant sur le plan chimique que physique.

 

Maj : 19/10/2016 (198)

 

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