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Membranes composites en polyaniline destinées aux accumulateurs redox-flow

Département des Technologies Solaires (LITEN)

01-09-2017

SL-DRT-17-0003

angel.kirchev@cea.fr

La disponibilité de membranes échangeuses de protons (PEM) avec une sélectivité cationique élevée à faible coût est l'un de problèmes cruciaux dans le développement de batteries redox-flow abordables. La technique habituelle dans l'élaboration de matériaux PEM fait intervenir la co-polymérisation et fonctionnalisation chimique de divers composés organiques, lesquels sont ensuite fondus ou moulés pour former une fine membrane (on peut citer le Nafion® comme un exemple typique de ces matériaux). L'usage de la polyaniline (PANI) comme matériau conducteur de protons constitue une alternative très prometteuse pour les batteries redox-flow spécifiques. La synthèse de ce polymère, en particulier sa polymérisation électrochimique, est moins couteuse et garantit un coût faible sur le produit final. L'usage de la PANI comme système échangeur de protons est possible du fait qu'un réacteur à flux bipolaire peut être conçu de manière à éviter tout risque de contact physique entre la membrane et l'électrode, par exemple, en mettant la membrane en sandwich entre les couches de tissu de deux mats de verre. Dans cette optique, on arrive à s'affranchir de la conductivité ionique de la PANI et assurer son fonctionnement exclusif comme polymère échangeur de protons. De plus, la nature de la PANI totalement ou partiellement oxydée/protonée est convenable pour des membranes composites : cette forme de polymère est insoluble dans l'eau, dans les solutions acides ainsi que la plupart de solvants organiques classiques. Les objectifs de la thèse consisteront à développer et à caractériser ces types de membranes composites en utilisant des cellules électrochimiques et des cellules de batterie redox-flow utilisant différents couples électrochimiques. La structure moléculaire de la PANI suppose un transport de protons beaucoup plus rapide grâce à la distribution très dense de groupes d'échange de protons ?théoriquement chaque élément monomère aniline est susceptible d'être protoné, ce qui assure une répartition très dense des sites pour le déplacement de protons. Ainsi, l'étude de conductivité de proton ?isolé? de la PANI y compris sa conductivité électrique constituera un autre objectif de la thèse. Ceci est intéressant du point de vue fondamental étant donné que la grande majorité des publications sur la PANI ne se focalise que sur sa conductivité électrique ou mixte.

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