Development of proton conducting composite membranes for fuel cell applications

Dans le cadre de cette thèse de doctorat, une série de nouvelles membranes composites utilisées dans les piles à combustible PEM a été développée. La membrane électrolyte polymère solide est une composante essentielle des piles à combustible PEM. Le développement des membranes composites demande d'abord la conception d'un conducteur protonique solide, suivi du développement d'une matrice polymère convenable pour finalement terminer avec la fabrication des membranes composites.; Une série de zéolithes et d'hétéropolyacides a été étudiée pour vérifier leur utilisation possible comme conducteur protonique solide. La zéolithe «clinoptilolite» présente la conductivité la plus élevée parmi les zéolithes étudiées. Le «phosphate de bore», un nouveau conducteur protonique solide, développé dans le cadre de cette thèse, démontre une conductivité très élevée de 7 × 10−2 S/cm s'approchant de celle de l'acide phosphorique liquide.; Les membranes composites ont été préparées en incorporant un solide conducteur de protons (zéolithes, hétéropolyacides et «phosphate de bore») dans diverses matrices polymères (polysulfone, polyméthyl méthacrylate, polyétherimide et polyéther éther cétone). Un second système étudié consiste à imprégner des membranes poreuses de polyoxadiazole avec du H₃PO₄. Des membranes composites thermiquement stables préparées par incorporation séparée d'hétéropolyacides et de phosphate de bore démontrent des conductivités supérieures aux membranes de Nafion. L'ajout de polyétherimide dans le SPEEK et le dopage à l'acide augmentent tous deux la conductivité et la stabilité thermique des membranes mixtes. Il a été démontré que le concept des matériaux composites étudié dans cette thèse permet de préparer de membranes composites possédant une conductivité et une stabilité thermique élevées ainsi qu'un faible coût de fabrication.