Stimuler la durabilité des membranes de piles à combustibles
Une pile à combustible peut produire de l'électricité par réaction chimique entre un combustible et de l'oxygène. Ceux qui utilisent une membrane polymère conductrice de protons comme électrolyte sont connus comme des piles à combustibles à membrane échangeuse de protons (MEP). Il s'agit de membranes semi-perméables généralement faites d'ionomères et conçues pour conduire les protons tout en étant imperméables aux gaz. Cependant, jusqu'à présent, ces piles à combustible n'ont pas marché à cause de l'échec mécanique de la membrane. Le projet MAESTRO («Membranes for stationary application with robust mechanical properties») a été lancé pour augmenter leur durabilité et leur durée de vie. Un des matériaux les plus courants et commercialement disponibles des matériaux de MEP est l'acide perfluorosulfonique fluoropolymère (PFSA). MAESTRO a marqué d'importants progrès afin d'obtenir des ionomères PFSA à faible poids équivalent présentant de meilleures propriétés mécaniques. Les ionomères de référence sont probablement les meilleurs matériaux en laboratoire jusqu'à présent. Néanmoins, MAESTRO a prouvé qu'ils n'étaient pas les meilleurs en termes de durabilité suite à l'évaluation sur 100 heures de fonctionnement continu des ensembles électrode-membrane (MEA). À cette fin, les scientifiques ont utilisé des ionomères à poids équivalent moindre dans un effort de préparer des membranes à propriétés mécaniques plus solides. Leurs approches reposent sur l'utilisation de méthodes chimiques, thermiques de charge de renforcement. Notamment, l'accent a été mis sur l'exploration de réticulations ioniques lors de la polymérisation en émulsion et le moulage de la membrane. Cette approche conduit à des molécules d'ionomères non-linéaires présentant un poids moléculaire élevé qui surmonte les problèmes liés aux changements dimensionnels de la membrane, soit l'enflure. Par ailleurs, les scientifiques ont utilisé l'électrofilage pour produire des fibres organiques et inorganiques visant à renforcer mécaniquement les ionomères de référence à faible poids équivalent. Grâce au renforcement des nanofibres, les scientifiques ont noté une considérable amélioration des propriétés mécaniques et une plus grande durabilité des membranes finales, la conductivité étant plus élevée comparée à la membrane de référence. Une autre méthode pour renforcer mécaniquement les ionomères de référence était grâce à la réticulation ionique à base de nanoparticules. Des charges de nanoparticules à hydrophobicité diverse ont permis de préparer de nombreuses membranes. Grâce à des tests in situ conçus pour accélérer la dégradation mécanique, les MEA stabilisées ont présenté une durabilité améliorée, avec moins de 3 % de perte de tension après 2 000 heures de fonctionnement. Les résultats du projet ont été diffusés dans des publications et sur le site web du projet.
Mots‑clés
Membrane de piles à combustible, stabilité mécanique, membrane échangeuse de protons, propriétés mécaniques, ionomères PFSA
