Fluorinated polymer/polyelectrolyte blend for fuel cell membrane application: structure-properties relationship
Membrane composite polymère fluoré/polyélectrolyte pour pile à combustible: relations structure-propriétés
Résumé
A blend of Kynar-PVDF and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PAMPS) is considered as a potential fuel cell membrane. The blend is done in solution in dimethylformamide (DMF) and the membrane is solvent-cast at different temperatures.
The solubilities in DMF of both the polyelectrolyte and the blend are studied. Blend morphologies and Kynar crystallinity are also examined. An LCST behaviour is observed. The use of tetrabutylammonium (TBA) as PAMPS counterions gives rise to miscible blends. For use as a fuel cell membrane, an ion exchange is then performed to obtain the polyelectrolyte in its acid form. The water permeability and the ionic conductivity are thus characterized. Bicontinuous-type nanostructures display particularly efficient properties for the target application. To stabilize this morphology, a cross-linkable polyelectrolyte copolymer is synthesized.
The solubilities in DMF of both the polyelectrolyte and the blend are studied. Blend morphologies and Kynar crystallinity are also examined. An LCST behaviour is observed. The use of tetrabutylammonium (TBA) as PAMPS counterions gives rise to miscible blends. For use as a fuel cell membrane, an ion exchange is then performed to obtain the polyelectrolyte in its acid form. The water permeability and the ionic conductivity are thus characterized. Bicontinuous-type nanostructures display particularly efficient properties for the target application. To stabilize this morphology, a cross-linkable polyelectrolyte copolymer is synthesized.
Un mélange de Kynar-PVDF et de l'acide poly(2-acrylamido-2-méthyl-1-propane sulfonique) (PAMPS) est envisagé comme matériau de membrane pour pile à combustible. Le mélange est réalisé en solution dans le diméthylformamide et la membrane est obtenue après évaporation du solvant à différentes températures.
Les solubilités en solution du polyélectrolyte puis du mélange sont étudiées. Les morphologies des membranes et la cristallinité du Kynar sont ensuite caractérisées. Un comportement de type LCST est mis en évidence. L'utilisation de contre-ions tétrabutylammonium (TBA) permet d'obtenir des mélanges miscibles. Le TBA est ensuite échangé, la forme acide du PAMPS étant nécessaire au fonctionnement en pile. La perméabilité à l'eau et la conductivité ionique sont enfin caractérisées. Une nanostructuration de type bicontinu est particulièrement efficace pour l'application envisagée. Pour stabiliser cette morphologie, un copolymère polyélectrolyte réticulable est synthétisé.
Les solubilités en solution du polyélectrolyte puis du mélange sont étudiées. Les morphologies des membranes et la cristallinité du Kynar sont ensuite caractérisées. Un comportement de type LCST est mis en évidence. L'utilisation de contre-ions tétrabutylammonium (TBA) permet d'obtenir des mélanges miscibles. Le TBA est ensuite échangé, la forme acide du PAMPS étant nécessaire au fonctionnement en pile. La perméabilité à l'eau et la conductivité ionique sont enfin caractérisées. Une nanostructuration de type bicontinu est particulièrement efficace pour l'application envisagée. Pour stabiliser cette morphologie, un copolymère polyélectrolyte réticulable est synthétisé.
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