Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement et l'optimisation de structures poreuses, flexibles et électriquement conductrices afin de remplacer les couches actuelles de diffusion des gaz (GDL) des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), qui sont rigides et fragiles. Pour cela, un système binaire de polymères immiscibles composé de polyfluorure de vinylidène (PVDF) et de polyéthylène téréphtalate (PET) a été utilisé, présentant une structure co-continue. De faibles quantités de graphène (Gr) et/ou d'oxyde de graphène réduit (rGO) ont été ajoutées au système PVDF/PET pour générer une conductivité électrique au sein des structures GDL développées. Des nanocomposites PVDF/PET-Gr ont été élaborés en utilisant un mélangeur interne et les paramètres du procédé ont été optimisés pour assurer un malaxage adéquat et une structure co-continue. Pour générer des mats fibreux non tissés sans défauts et présentant à la fois une bonne conductivité électrique et une porosité adéquate pour la GDL, nous avons combiné le procédé d'électrofilage de polymères à l'état fondu et celui d'électropulvérisation. Tout d'abord, l'électrofilage à l'état fondu a été utilisé et les paramètres du procédé ont été optimisés pour produire des structures fibreuses à partir du composite PVDF/PET-Gr. Les systèmes contenant 3.0 % en poids de Gr ont permis de générer des mats fibreux sans défauts ayant une porosité variant entre 74% et 86 %, conforme à la plage ciblée par le DOE (Département de l'Énergie des États-Unis). Ensuite, l'électropulvérisation a été employée pour améliorer davantage la conductivité électrique des mats développés en projetant du Gr ou du rGO à la surface des fibres. L'optimisation des paramètres d'électropulvérisation a permis de diminuer la résistivité volumique des mats jusqu'à environ 4.4 Ω.cm. / The work presented in this thesis concerns the development and optimization of porous, flexible, and electrically conductive structures to replace the current gas diffusion layers (GDL) of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), which are rigid and fragile. For this purpose, a binary system of immiscible polymers composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethylene terephthalate (PET) was used, presenting a co-continuous structure. Small quantities of graphene (Gr) and/or reduced graphene oxide (rGO) were added to the PVDF/PET system to generate electrical conductivity within the developed GDL structures. First, PVDF/PET-Gr nanocomposites were prepared using an internal mixer, and process parameters were optimized to ensure proper mixing and a co-continuous structure. To generate defect-free non-woven fibrous mats with both good electrical conductivity and adequate porosity for the GDL, we combined the processes of melt electrospinning and electrospraying. Firstly, melt electrospinning was employed, and process parameters were optimized to produce fibrous structures from the PVDF/PET-Gr composite. Systems containing 3.0% by weight of Gr allowed for the production of defect-free fibrous mats with a porosity ranging between 74% and 86%, aligning with the range targeted by the US Department of Energy (DOE). Subsequently, electrospraying was utilized to further enhance the electrical conductivity of the developed mats by projecting Gr or rGO onto the fiber surfaces. Optimization of the electrospraying parameters resulted in a reduction of the volumetric resistivity of the mats to approximately 4.4 Ω.cm.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/147587 |
| Date | 05 August 2024 |
| Creators | Latrech, Bassem |
| Contributors | Mighri, Frej, Ajji, Abdellah |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xiii, 101 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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