Physico-chemical study of protonic ionic liquids for fuel cell's application
Étude physico-chimique de liquides ioniques protoniques pour piles à combustible PEMFCs
Résumé
Ionic liquids can replace water in the electrolytes of PEMFCs systems operating at 130°C. Ionic liquids resulting from the neutralization of aliphatic amines by trifluoromethanesulfonic acid show that the melting point depends on several criteria, nature of the anion, nature of the substitutions on the amine. Moreover, the majority of these salts are thermally stable upto 400°C. The study by cyclic voltammetry showed that the amines and the salts (HNR3+, A-) are stable towards very oxidative step (i. e. > 1.9 V/HSE), compatible for their use in fuel cell. In the other hand, the best conductivity behaviour is observed for salts resulting from dissymmetric amines/ trifluoromethanesulfonic acid association. The conductivities at 130°C lie between 5 mS.cm-1 and 45 mS.cm-1. The incorporation of these compounds within Nafion shows good compatibility PIL/ Nafion. However, the plastizing effect of PIL in the polymer reduces the Nafion mechanical properties. The conductivities are also dramatically reduced by a factor of 5 in the best cases.
Les liquides ioniques pourront remplacer l'eau dans les électrolytes des PEMFCs opérant à 130°C. Les liquides ioniques résultant de la neutralisation des amines aliphatiques par l'acide trifluoromethanesulfonique montrent que les points de fusion dépendent de plusieurs critères, nature de l'anion, nature des substitutions sur l'amine. D'autre part, la majorité de ces sels sont thermiquement stables jusqu'à 400°C. L'étude par la voltamétrie cyclique a prouvé que les amines et les sels (HNR3+, A) s'oxydent à des potentiels très élevés (> 1,9 V/ESH), compatible avec leur utilisation dans les piles à combustible. D'autre part, les meilleures conductivités sont obtenues par les sels résultant de l'association acide trifluoromethanesulfonique et amines dissymétriques. Les conductivités à 130°C sont entre 5 mS.cm-1 et 45 mS.cm-1. L'incorporation de ces composés dans le Nafion a donné une bonne compatibilité LIP/Nafion. Cependant, l'effet plastifiant du LIP sur le polymère diminue les propriétés mécaniques du Nafion. Les conductivités sont aussi nettement réduites d'un facteur de 5 dans les meilleurs cas.
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