Membranes intelligentes à base de microgel pour une catalyse et des cellules électrochimiques améliorées - de la compréhension structurale aux dispositifs à façon. – SmartBRANE

La catalyse, le stockage et la conversion de l'énergie sont actuellement d'une importance capitale pour la société. Malheureusement, les potentiels électrochimiques sont essentiellement connus depuis un siècle et ne peuvent être améliorés de manière significative. Par conséquent, la possibilité d'augmenter la capacité de stockage et le flux de courant n'est possible qu'en minimisant les dispositifs. Cela implique le développement de membranes intelligentes ayant des épaisseurs à l'échelle nanométrique. De plus, ces membranes doivent avoir des propriétés intelligentes permettant de contrôler le flux ionique par des stimuli externes et avoir des propriétés de sécurité intrinsèques, par exemple l'autorégulation du flux ionique (courant) en cas de surchauffe. Des aspects similaires s'appliquent à la catalyse par les nanoparticules (NP), qui est très efficace en raison de la grande surface spécifique des NP. Toutefois, l'activité des NP est difficile à contrôler et les particules nues sont difficiles à séparer du produit final. Dans ces deux contextes des membranes intelligentes, le partenaire allemand a récemment mis au point un moyen de réticuler des microgels en membranes macroscopiques autonomes dont la résistance est contrôlée par la température. Les microgels sont fabriqués par copolymérisation d'acrylamides classiques et de comonomères photo- ou réticulables par faisceau d'électrons. Cependant, de nombreux détails de la structure locale de ces microgels sont actuellement inconnus, en particulier la façon dont les comonomères (resp. les nanoparticules) sont distribués dans l'espace, et comment leur distribution influence les propriétés mécaniques, résistives ou catalytiques de la membrane. Dans un précédent projet conjoint franco-allemand, les groupes de Montpellier et de Bielefeld ont développé les outils permettant de déterminer en détail la structure de tels microgels de copolymères par des méthodes de diffusion de neutrons, basées sur la substitution isotopique et les simulations informatiques. Le présent projet vise à exploiter et à étendre ces connaissances pour établir des relations structure-propriété pour les membranes microgel intelligentes. Nous appliquerons des combinaisons de méthodes de diffusion, de simulations et d'imagerie à des particules de microgel spécialement conçues contenant différents comonomères et des nanoparticules à activité catalytique en vue de la formation de films autoportants et réticulés. Une analyse similaire sera ensuite réalisée après la formation du film, et corrélée avec les propriétés de transport (resp. catalytiques). Sur cette base, les partenaires construiront soit les premiers dispositifs électrochimiques intelligents, soit des réacteurs à flux continu comme preuve de concept, avec une activité catalytique contrôlable.