Membranes composites Nafion® – Oxyde de Graphène pour la production d’hydrogène vert par électrolyse

Résumé

L’élan mondial en faveur de l’hydrogène comme moyen de décarboner les systèmes énergétiques a pris une ampleur considérable, plusieurs pays lançant leurs stratégies nationales sur l’hydrogène. L’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) s’est révélée être une méthode prometteuse pour la production d’hydrogène en raison de son efficacité, de ses taux de production élevés, de son design compact, de sa sécurité et de son fonctionnement dynamique. Les membranes Nafion® 115, largement utilisées dans les PEMWE, sont appréciées pour leur stabilité mécanique et thermique, leur haute conductivité protonique et leur comportement de gonflement favorable. Cependant, leur durabilité est souvent compromise par la dégradation chimique et les défaillances mécaniques dues aux cycles d’hydratation et de température. L’oxyde de graphène (GO) est particulièrement avantageux pour renforcer les membranes Nafion® en raison de sa stabilité chimique, de sa grande surface spécifique, de sa résistance mécanique et de sa capacité à former des colloïdes aqueux stables. Cette étude examine l’influence du GO sur les propriétés morphologiques, thermiques et mécaniques des membranes Nafion® 115. Le GO a été appliqué par pulvérisation ultrasonique, suivi de divers traitements de recuit. La caractérisation a révélé une excellente dispersion des flocons de GO, améliorant considérablement la capacité de mouillage du matériau et la stabilité mécanique sous tension. Des niveaux de déformation et des charges de traction accrus ont été observés, en particulier à des températures de recuit plus élevées. L’analyse thermogravimétrique a montré une stabilité thermique accrue des membranes contenant du GO. L’incorporation de GO a augmenté la rugosité de surface, améliorant ainsi la surface spécifique. Le dépôt de la couche composite du côté cathodique a amélioré les propriétés thermo-mécaniques de la membrane sans impact sur ses performances électrochimiques, malgré une augmentation de 15% de l’épaisseur de la membrane. Le dépôt du côté anodique, ainsi que sur les côtés anodique et cathodique, a également amélioré les performances thermo-mécaniques. Cependant, cela s’est accompagné d’un compromis, entraînant une diminution des performances électrochimiques de la cellule de 9% et 15%, respectivement. En fin de compte, cette thèse présente l’étude, la conception et la caractérisation des membranes Nafion® améliorées par le GO, contribuant à l’avancement de la technologie PEMWE en améliorant la durabilité et les performances des membranes. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles applications et à des avancées supplémentaires dans les technologies de production d’hydrogène.

Date	14 août 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ricardo Izquierdo (Directeur(-trice)) & Samaneh Shahgaldi (Codirecteur(-trice))