MAtériaux Multicouches Echangeurs d'Ions à base de Réseaux Interpénétrés de Polymères – MAMEIRIP

La fabrication de membranes multicouches conductrices ioniques à base de réseaux interpénétrés de polymère (RIPs) constitue l'objectif principal de ce projet. En particulier, ces nouveaux matériaux devront remplir les cahiers des charges de la pile à combustible et de l'électrolyse à membrane échangeuse de protons en termes de performances. Ils seront constitués de deux réseaux de polymères l'un conducteur protonique et l'autre non conducteur. Cette architecture est un moyen de mettre en œuvre le concept consistant à dissocier les fonctions de conduction protonique et de séparateurs requises pour les applications visées mais antagonistes.

Des structures multicouches seront développées afin d'obtenir une membrane qui réponde au mieux à la différence de fonctionnement locale entre anode et cathode rencontrée de manière générale dans ces systèmes électrochimiques de conversion d'énergie.

La coulée et la pulvérisation sont les deux procédés envisagées pour la fabrication des membranes multicouches RIPs car adaptés à la contrainte inhérente aux systèmes réticulés qui impose de mettre en forme le matériau avant la polymérisation/réticulation. L'idée générale est de tirer avantage de cette particularité de la synthèse des RIPs et spécifiquement de celle des oligomères pour s'affranchir au maximum de l'utilisation de solvants. Les précurseurs envisagées pour les RIPs sont liquides à température ambiante mais devront probablement être adaptés au procédé. Pour la coulée, les oligomères des deux réseaux devront être miscibles et former un mélange suffisamment visqueux. Pour la pulvérisation, qui n'a, à notre connaissance, jamais été employée pour élaborer des RIPs, nous proposons de développer un latex formé d'une suspension de précurseurs non conducteurs stabilisée à l'aide d'un surfactant dans une solution aqueuse de précurseurs conducteurs ioniques.

Le travail portera sur la formulation des précurseurs des polymères mais également sur les procédés de mise en forme en forme afin d'obtenir des membranes avec une nano séparation de phase des deux réseaux, indispensable pour aboutir à la synergie souhaitée.

Les liens entre procédé et structure, mais aussi entre structure et propriétés seront étudiés afin d'orienter les développements de ces architectures innovantes. Par ailleurs, les performances des membranes seront caractérisées et validées en fonctionnement réel dans des conditions représentatives des applications. Enfin, la stabilité chimique des matériaux sera évaluée au moyen de protocoles de dégradation hors-fonctionnement.