La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est un dispositif de conversion d'énergie chimique en énergie électrique. Elle pourrait participer à la décarbonation de différents secteurs comme par exemple le transport lourd (routier, ferroviaire et maritime). Elle requiert toutefois des performances et des durabilités importantes (supérieures à 25 000h d’ici 2030) pour qu’elle puisse être largement déployée. Ses propriétés sont étroitement liées à celles de la membrane échangeuse de proton située au cœur du dispositif. Pour arriver aux objectifs de performances et de durabilité fixés pour 2030, des températures d’utilisation supérieures à 100°C sont envisagées. Néanmoins, les membranes aujourd’hui utilisées sont des membranes perfluorées de type Nafion® qui ne permettent pas l’utilisation de la PEMFC à ces températures (chute des propriétés thermomécaniques et de conductivité vers 80-90°C). Elles posent également des problèmes environnementaux et de santé publique car fluorées. Des membranes alternatives sont donc proposées, comme les membranes poly-aromatiques de type poly (éther éther cétone) sulfonée (sPEEK). Ces membranes souffrent cependant d’une durabilité chimique moindre et il est donc nécessaire d’améliorer cette propriété. Dans ce sens, cette thèse s’intéresse à un moyen d’amélioration de la stabilité chimique de membranes sPEEK commerciales par une voie d’hybridation faisant appel à la chimie Sol-Gel. Une première étude s’est intéressée aux effets de prétraitements hydro-alcooliques appliqués à une membrane sPEEK commerciale, permettant d’améliorer sa cohésion mécanique dans l’eau à 80°C, condition sine qua none pour son utilisation dans une PEMFC. Cette amélioration a été associée à des changements morphologiques au sein de la membrane. Ensuite, des précurseurs SG, porteurs de fonctions antioxydantes prometteuses, ont été synthétisés par une voie de synthèse simple et efficace : la chimie thiol-ène. Deux membranes commerciales ont été préparées avec certains de ces précurseurs SG. Or, contre toute attente, des essais de vieillissement accéléré ex-situ ont révélé que cette voie d’hybridation peut ne pas avoir d’effet sur la stabilité chimique du matériau, voir même avoir un effet pro-dégradant en fonction de la membrane hôte considérée. Pour comprendre ces effets inattendus, des études morphologiques ont été réalisées dans l’espace direct (AFM) et dans l’espace réciproque (CV-SANS). Des hypothèses faisant le lien entre la durabilité chimique et la morphologie des membranes hybrides sont finalement proposées.​​
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