La technologie supercondensateur a fait l'objet d'un grand intérêt ces dernières années. Cependant, tandis qu'une grande attention a été donnée aux électrodes, aux électrolytes et aux électrolytes de polymère gélifiée, peu d'études ont été centrées sur l'amélioration des séparateurs macroporeux. Dans le cadre du projet SEPBATT/DURAMAT, les séparateurs macroporeux à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) ont été préparés par inversion de phase, pour les supercondensateurs. Nos membranes présentent également une bonne stabilité thermique, en revanche leurs propriétés mécaniques sont significativement plus faibles que celles des membranes commerciales. De plus le séparateur PVdF de porosité 80% rempli par l'électrolyte à base d'AN atteint, à 25°C, 18mS/cm, tandis que dans les mêmes conditions mais avec le séparateur commercial en cellulose, la conductivité n'atteint que 10 mS/cm. Ce travail a été complété par l'étude de techniques de renforcement (addition de composites, réticulation par l'irradiation) appliquées aux membranes précédemment préparées, pour augmenter leur tenue mécanique. Ces membranes ont montré un renforcement des propriétés mécaniques sans nuire aux propriétés de conduction ionique (15 mS/cm).

La technologie supercondensateur a fait l'objet d'un grand intérêt ces dernières années. Cependant, tandis qu'une grande attention a été donnée aux électrodes, aux électrolytes et aux électrolytes de polymère gélifiée, peu d'études ont été centrées sur l'amélioration des séparateurs macroporeux. Dans le cadre du projet SEPBATT/DURAMAT, les séparateurs macroporeux à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) ont été préparés par inversion de phase, pour les supercondensateurs. Nos membranes présentent également une bonne stabilité thermique, en revanche leurs propriétés mécaniques sont significativement plus faibles que celles des membranes commerciales. De plus le séparateur PVdF de porosité 80% rempli par l'électrolyte à base d'AN atteint, à 25°C, 18mS/cm, tandis que dans les mêmes conditions mais avec le séparateur commercial en cellulose, la conductivité n'atteint que 10 mS/cm. Ce travail a été complété par l'étude de techniques de renforcement (addition de composites, réticulation par l'irradiation) appliquées aux membranes précédemment préparées, pour augmenter leur tenue mécanique. Ces membranes ont montré un renforcement des propriétés mécaniques sans nuire aux propriétés de conduction ionique (15 mS/cm). / Abstract In recent years a strong interest has been devoted to supercapacitor technology. However, while great attention has been paid to electrodes, electrolytes and gel polymer electrolytes, only few reports have been dedicated to macroporous separators. Hereby, in the frame of project SEPBATT/DURAMAT, macroporous poly(vinylidene fluoride) (PVdF) based separators were prepared by phase inversion technique for applications of supercapacitors. Their mechanical properties are relatively lower than those of commercial membranes nevertheless such membranes exhibit good thermal stability. Whereas commercial cellulose based separators filled with tetraethyl ammonium tetrafluoroborate + CH3CN electrolyte show 10 mS/cm (at 25°C), our PVdF macroporous separators exhibit significantly higher conductivity (18 mS/cm) under the same conditions. This study was completed with application of reinforcement techniques (addition of composites, crosslinking by irradiation) on to previously prepared membranes in order to increase their mechanical strength. Reinforced membranes showed good high mechanical strength whereas the ionic conductivity is almost maintained (15mS/cm).

Cette étude concerne l’élaboration et la caractérisation de membranes composites de piles àcombustible PEMFC. Ces nouveaux composites associent un ionomère commercial leNafion® à des charges acides minérales qui sont des acides phosphoantimoniques. Descharges mono et triacides, H1 et H3, ont été utilisées à des taux massiques compris entre 5 et20%. Outre, leur contribution à la conduction protonique et à l’hydratation, les 2 chargesaméliorent sensiblement, même à faible taux, la tenue thermomécanique des membranes. Cerenforcement permet de diminuer l’épaisseur des membranes et donc la chute ohmique. Lestests en pile, réalisés dans une large gamme d’hydratation des gaz et de température,démontrent l’apport incontestable des charges, les membranes composites étant sensiblementplus performantes dès lors que la température de fonctionnement atteint ou dépasse 80°C. / This study deals with the elaboration and characterization of composite membranes intendedto be used in PEMFC. These new composites combine a commercial ionomer, Nafion®, withinorganic acidic fillers that are phosphatoantimonic acids. Mono and triacid fillers, H1 and H3, have been used at 5 to 20wt% contents. Besides, their contribution to proton conductionand hydration, both fillers markedly improve, even at low content, the thermomechanicalperformances of the membranes. This reinforcement allows the thickness and, therefore, theohmic drop to be decreased. The MEA tests, performed in a wide range of gas humidificationand temperature, indisputably demonstrate the benefic effect of the fillers; Compositemembranes performing significantly better as soon as the operating temperature reaches orexceed 80°C.

La synthèse d'acide polyamique (APA) comportant des blocs élastomères de type oligo-oxyéthylène et -oxypropylène et des polyimides correspondants (PEI) a été étudiée et leurs propriétés de perméation gazeuse déterminées pour He, N2, O2, H2, CH4 et CO2. Il a été montré que la présence de la phase élastomère augmentait de façon très importante les coefficients de perméabilité au gaz comparativement aux polyimides aromatiques conventionnels. La perméabilité du CO2, augmentée de façon préférentielle par rapport celles de tous les autres gaz, conduit à des sélectivités idéales tout à fait remarquables, en particulier vis-à-vis de N2 (≈40). L’incorporation de nanoparticules de silice dans les PEI (de 1 à 15% en masse) a été effectuée lors de l’étape de cyclo-déshydratation de l'APA, soit par ajout de silice hydrophobes (16 nm) ou hydrophiles (12 nm), soit par méthode Sol-Gel à partir de précurseurs alcoxysilanes (TMOS et TEOS). L'influence des charges SiO2 sur les propriétés de perméation gazeuse a été étudiée par la méthode du temps de retard (time-lag) essentiellement sur la série préparée avec des particules préformées. On a observé que les nano-charges de silice ne semblent pas interférer dans le processus de cyclisation et que les propriétés mécaniques sont renforcées ; la perméabilité aux gaz varie surtout selon la quantité de charges incorporées mais aucune augmentation spectaculaire de perméabilité n’a pu être observée. On peut en déduire que, vraisemblablement, c’est la phase élastomère qui est le lieu d’incorporation des particules de SiO2. Ces résultats montrent l’intérêt des membranes PEI et PEI/SiO2 dans des applications industrielles de séparation de gaz, notamment pour la séparation de mélanges CO2/N2 / The synthesis of polyamic acids (PAA) with oligo-oxyethylene and -oxypropylene rubbery blocks and the related polyimides (PEI) has been studied and their gas permeation properties determined for He, N2, O2, H2, CH4 and CO2. It was shown that the rubbery phase dramatically increased the gas permeability coefficients compared to conventional aromatic polyimides. The permeability of CO2 is preferentially increased in comparison to all other gases, leading to remarkable ideal selectivities, especially for the N2 mixture (≈40). The incorporation of silica nanoparticles in PEI (from 1 to 15 wt%) was carried out during the cyclo-dehydration of the PAA by adding fumed hydrophobic (16 nm) or hydrophilic (12 nm) silica, or by Sol-Gel approach using alkoxysilane precursors (TMOS and TEOS). The effect of SiO2-fillers on the properties of gas permeation has been studied by the time-lag method mainly on the series prepared with fumed silica. It was observed that nano-particles of silica do not seem to disturb the PAA cyclization process and that the mechanical properties are improved; the gas permeability varies essentially depending on the amount of fillers incorporated but no spectacular increase in permeability could be shown due to the nano-particles amounts. Apparently, it can be deduced that it is the rubbery phase which accommodates the SiO2 particles. These results showed the value of PEI and PEI/SiO2 membranes in industrial applications of gas separation, especially for the separation of CO2/N2 mixtures