Élaboration de membranes échangeuses d'anions à architecture réseaux interpénétrés de polymères pour des batteries lithium-air / Bruno Bertolotti ; sous la direction de Odile Fichet

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Fichet, Odile (19..-.... ; chercheuse en physicochimie) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Iojoiu, Cristina (1971-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Grande, Daniel (19..-.... ; chercheur en chimie) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Fauvarque, Jean-François (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Stevens, Philippe (Membre du jury / opponent)

Chikh, Linda (Membre du jury / opponent)

Vancaeyzeele, Cédric (1978) (Membre du jury / opponent)

Université de Cergy-Pontoise (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de membranes polymères échangeuses d'anions, destinées à la protection de l'électrode à air dans une batterie lithium-air (en vue d'une application pour véhicule électrique). Ces matériaux à architecture de réseaux interpénétrés de polymères (RIP) associent un réseau polyélectrolyte cationique hydrocarboné, la poly(épichlorohydrine) (PECH), à un réseau de polymère neutre qui peut être soit hydrocarboné, soit fluoré. Tout d'abord, la synthèse du réseau polyélectrolyte et son assemblage sur l'électrode à air ont été optimisés. Une première série de RIP associant ce réseau PECH à un réseau de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) a été synthétisée. Une seconde série de matériaux combinant ce même réseau PECH à un réseau de polymère fluoré a été développée. L'ensemble de ces matériaux a été caractérisé, et pour chaque série de RIP, la méthode de synthèse et la composition ont été optimisées. Les membranes RIP présentent des propriétés améliorées par rapport au réseau simple de PECH. L'électrode à air protégée par ces nouvelles membranes échangeuses d'anions présente une stabilité améliorée dans les conditions de fonctionnement de la batterie lithium-air. Plus précisément, une durée de vie de 1000 h est obtenue lorsque l'électrode à air a été modifiée avec un RIP fluoré, soit une augmentation d'un facteur 20 de la durée de vie de l'électrode non modifiée.

Résumé / Abstract : This work focuses on the synthesis and characterization of polymer membranes to be used as anion exchange membranes for protection on an air electrode in a new lithium–air battery for electric vehicle. In these materials showing interpenetrating polymer networks (IPN) architecture, a hydrogenated cationic polyelectrolyte network, the poly(epichlorohydrin) (PECH), is associated with a neutral network, which can be either hydrogenated or fluorinated. First, the synthesis of the polyelectrolyte network and the membrane/electrode assembly were optimized. Second, a first IPN series associating the PECH network with a poly(hydroxyethyl methacrylate) network was synthesized. Third, the same PECH network was associated with a fluorinated polymer network. All the materials were characterized, and optimal synthesis methods as well as an optimal composition were determined for each association. The IPNs show improved properties compared with the single PECH network. The air electrode protected by these new anion exchange membranes shows improved stability in the working conditions of the lithium-air battery. Specifically, a lifetime of 1000 h was obtained when the electrode was modified with a fluorinated IPN, a 20-fold increase in the lifetime of the non-modified electrode.