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Univ. Paris-Saclay
Microémulsions solidifiées : Une nouvelle voie pour les conducteurs protoniques ?
Cécile Noirjean
NIMBE/LIONS
Mardi 23/09/2014, 10:30-14:00
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Manuscrit de la thèse.


Résumé :

La membrane échangeuse de protons est un élément essentiel des piles à combustible. Elle permet le transfert des protons d’une électrode à l’autre pour produire de l’électricité. La conduction protonique des membranes actuelles est optimale vers 80°C et très sensible à l’eau. La conception de nouvelles membranes permettant le fonctionnement des piles à combustible à température ambiante et moins sensibles à l’eau est nécessaire.

La solution proposée pendant ma thèse est de concevoir des microémulsions solidifiées conductrices de protons. Les microémulsions sont des mélanges liquides nanostructurés d’eau, d’huile et de tensioactifs à l’équilibre thermodynamique. Des  microémulsions bicontinues,  constituée de canaux d’eau et d’huile séparés par une monocouche de tensioactifs,  formulées avec des tensioactifs conducteurs protoniques devraient avoir des propriétés intéressantes de conduction protonique. Il est ensuite nécessaire de solidifier les microémulsions obtenues pour pouvoir les utiliser comme membrane échangeuse de protons. L’utilisation d’une huile solide à température ambiante devrait permettre de résoudre ce problème. Des microémulsions bicontinues seront préparées au-dessus du point de fusion de l’huile. Un simple refroidissement permettra d’obtenir des microémulsions solidifiées,  matériaux solides avec la même structure que le liquide de départ. Deux systèmes, contenant une huile solide à température ambiante et des tensioactifs conducteurs protoniques, ont été étudiés. Ils ont permis de mettre en évidence les difficultés liées au passage d’un état d’équilibre thermodynamique (microémulsion) à un état hors d’équilibre (microémulsion solidifiée) et l’influence de la cristallisation sur la structure lors du refroidissement.

Mots-clés : Microémulsion, Solidification, Auto-assemblage, SAXS, SANS, Conduction protonique, Formulation


Solid Microemulsions : a new way to proton conductors ?

Abstract:

Proton-exchange membrane is an important part of fuel cells. It allows protons to move from one electrode to the other while producing energy. Proton conduction in current membranes is optimum at 80°C and very sensitive to water. It is therefore necessary to build new proton-exchange membranes to design fuel cells that are effective at ambient temperature and less water-sensitive.

During my PhD, we intend to prepare solidified microemulsions as proton-exchange membranes. Microemulsions are nanostructured liquids composed of water, oil and surfactants at thermodynamic equilibrium. Bicontinuous microemulsions, made of water and oil channels separated by surfactants, obtained using proton conducting surfactants should have interesting proton conductivity. It is then necessary to solidify the obtained liquid to be able to use them as proton-exchange membrane. In this study, we use oil that is solid at room temperature to overcome this trouble. Two systems, with an oil solid at room temperature and proton-conducting surfactants, were studied. Bicontinuous microemulsions are prepared above the melting point of the oil. The point is then to understand how cooling down the liquid microemulsion allow to prepare a solidified microemulsion which is a solid with the same nanostructure as the initial liquid. This study highlights the influence of crystallization on nanostructure during cooling.

Keywords: Microemulsions, Solidification, SAXS, SANS, Self-assembly, Proton conduction

Contact : Fabienne TESTARD

 

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