Caractérisation de la contamination cationique dans les membranes échangeuses de protons par spectroscopie infrarouge.

Avec une consommation énergétique mondiale qui augmente, la transition énergétique vers des systèmes durables, respectueux de l’environnement et propres constitue un défi majeur pour faire face aux enjeux climatiques et à la nécessité urgente de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, l’hydrogène apparaît comme un vecteur énergétique prometteur, ainsi qu’un élément clé pour le stockage et la conversion de l’énergie. Durant la dernière décennie, une plus grande attention a été portée aux électrolyseurs à membranes échangeuses de protons en raison de leur capacité à produire de grandes quantités d’hydrogène. Au cœur de ces technologies, la membrane (PEM en anglais) joue un rôle déterminant en assurant à la fois la conduction des protons, la séparation des gaz réactifs et l’isolation électrique. Sa performance conditionne directement l’efficacité, la durabilité et la sécurité de ces systèmes. La caractérisation des PEM est donc cruciale pour la compréhension du fonctionnement et le développement de nouveaux électrolyseurs optimisés. Un des facteurs clé pour estimer leurs performances est l’empoisonnement de la PEM par des cations (e.g., Cobalt et Cesium), durant leur fonctionnement. Celles-ci sont facilement contaminées par les produits de la corrosion des composants métalliques et par les impuretés présentes dans les réactifs. Ces contaminants cationiques peuvent entraîner une diminution de l'absorption d'eau par la PEM et, par conséquent, une réduction de sa conductivité protonique. Malgré l'importance des contaminants cationiques, leur effet sur l'absorption d'eau des PEM reste mal compris. Dans ce travail, une puce microfluidique a été développée afin de mesurer la diffusion des cations à travers une PEM et d’étudier comment cette contamination affecte leur teneur en eau. Une méthode d’imagerie spectroscopique en transmission dans le domaine infrarouge (IR) a été utilisée pour suivre les variations d’absorbance de la PEM au cours du processus de diffusion. Ces variations d’absorbance peuvent être corrélées à la fois à la teneur en eau et à la concentration en cations. Ce travail préliminaire ouvre la perspective sur la possibilité de déterminer le coefficient de diffusivité dans la PEM en fonction de la teneur en eau à chaque instant, en utilisant des méthodes inverses et le modèle de Fick pour calculer le transport de l’eau et des cations dans la PEM.

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