Membranes de cellulose fonctionnalisées à haute performance pour les piles à combustible – ionMcell

Le développement des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, dont l'objectif est de convertir l'hydrogène en électricité, est essentiel dans le cadre de la transition énergétique. L'avantage de ce procédé électrochimique est d'être non polluant, générant principalement de l'eau. Dans une telle pile, la membrane séparatrice de gaz et conductrice de protons est un élément clé. Elle est généralement fabriquée avec des ionomères d'acide sulfonique perfluoré (ex. Nafion) qui souffrent de lourds inconvénients : un coût très élevé, une mauvaise recyclabilité, de faibles performances au-dessus de 80°C et à faible humidité relative.
Le projet ionMcell vise à combiner l'expertise de laboratoires académiques et de centres techniques reconnus sur les matériaux biosourcés (CERMAV, CTP, FCBA) et sur les polymères conducteurs d'ions (SyMMES) afin d'établir la cellulose, issue d’une biomasse abondante et renouvelable, dans le monde des piles à combustible en concevant des membranes échangeuses de protons bon marché et durables. Il s'agira de pousser plus avant les propriétés mécaniques et de conductivité de membranes à base de sPEEK (non fluoré) à l'aide de charges de nanocristaux (CNC) ou nanofibrilles (MFC) de cellulose fonctionnalisées chimiquement. Cette fonctionnalisation (ex. oxydation périodate, sulfonation) augmentera la teneur en sites anioniques dans la matrice afin d’améliorer les propriétés de conduction protonique du biocomposite. Afin d'aller plus loin, les CNC ou MFC fonctionnalisés seront utilisés pour la conception de membranes à base uniquement de cellulose. Pour ces deux volets, plusieurs sources cellulosiques et procédés de production et de modification chimique des fibres seront testés offrant divers aspects de forme et de structures. Un large éventail d'analyses multiéchelles (du moléculaire aux tests en piles) avancées (ex. microscopie électronique, champ proche) sera utilisé pour caractériser les briques élémentaires et membranes obtenues.