Piles et batteries et Isolants électrique

Personne à contacter : Odile Fichet

Une partie des matériaux développés au LPPI ont été conçus pour lever certains verrous d’applications concernant la conversion et le stockage de l’énergie. Ainsi, des matériaux fonctionnels, conducteurs ioniques, ont été évalués comme membranes pour piles à combustibles ou pour batteries métal-air et des matériaux structurels, à base de polimides et/ou de polysiloxanes, comme matériaux isolants électriques. Des tests en dispositifs permettent d’apprécier leur intérêt par rapport aux matériaux existants, mais aussi leurs limitations. La synthèse est alors revue et optimisée.


En se basant sur la morphologie du Nafion®, membrane de référence pour les piles à combustible, de nouveaux RIP associant un réseau de polymère fluoré à un réseau polyélectrolyte conducteur protonique ont été développés. Le réseau polymère fluoré limite la déformation de la membrane lors de son fonctionnement et assure sa tenue mécanique, alors que, parallèlement, le réseau polyanion permet la conduction protonique à travers la membrane. Ces matériaux présentent, selon leur composition, un taux de gonflement dans l’eau de 22 à 59 % en masse et une conduction protonique de 1 à 63 mS/cm. De plus, ils sont 10 fois moins perméables à l’oxygène et l’hydrogène que le Nafion®. Toutefois, les performances des RIP comme membrane pour pile à combustible restent encore légèrement inférieures à celles du Nafion®.


De façon similaire, les RIPs associant un polycation et un polymère neutre, protègent des électrodes à air de la carbonatation lorsqu’ils sont positionnés entre celle-ci et l’électrolyte, dans une batterie métal-air. Alors que l’électrode à air, non protégée, ne fonctionne que 60 h dans LiOH 5M en cyclage lorsqu’elle est alimentée par de l’air non traité, la même électrode modifiée par un RIP polymère fluoré / PECH reste stable plus de 1550 h en fonctionnement en présence de LIOH 5M et plus de 6 000 h en présence de potasse concentrée.