Raphaël COSTES
Soutiendra sa thèse
« Membranes échangeuses d’anions par polymérisation plasma pour l’électrolyse de l’eau »
le jeudi 1er octobre 2026 à 10h
devant le jury composé de :
– Pr. Vincent Roucoules, Professeur des Universités, IS2M, Université de Haute-Alsace – Rapporteur
– Dr. Cristina Iojoiu, Directrice de recherche, LEPMI, Université Grenoble Alpes – Rapportrice
– Dr. Kateryna Fatyeyeva, Maitre de conférences, Laboratoire PBS, Université de Rouen – Examinatrice
– Pr. Mikhael Bechelany, Directeur de recherche, IEM, Université de Montpellier – Examinateur
– Pr. Stéphanie Roualdès, Professeur des Universités, IEM, Université de Montpellier – Directrice de thèse
– Dr. Stéphane Badaire, Architecte Matériaux, MFPM, Clermont Ferrand – Co-Encadrant de thèse
– Dr. Aurélie Achille, Conceptrice Matériaux, MFPM, Clermont Ferrand – Co-Encadrante de thèse, invitée
Résumé :
Des polymères plasma de 2-vinylpyridine (2VP) et de 1-vinylimidazole (1VI) ont été déposés par plasma RF à couplage capacitif à l’aide d’un injecteur de vapeur pulsé, puis caractérisés en tant que membranes d’échangeuses d’anions (AEM) pour l’électrolyse de l’eau à basse température. Les analyses XPS et ToF-SIMS ont confirmé l’homogénéité chimique des films ainsi que l’incorporation de groupes vinylpyridinium et vinylimidazolium après quaternisation. Les analyses GISAXS, QCM et ellipso-porosimétrie ont montré que l’augmentation de l’énergie du plasma et la quaternisation améliorent la densité du film tout en limitant la sorption d’eau et le gonflement, ce qui suggère une meilleure robustesse mécanique par rapport aux ionomères commerciaux tels que l’Aemion®. La spectroscopie d’impédance électrochimique a révélé une conductivité ionique prometteuse qui, combinée à une épaisseur de film submicronique, a permis d’obtenir une résistance spécifique inférieure d’un ordre de grandeur à celle de l’Aemion®. Un assemblage membrane-électrodes utilisant un AEM en polymère plasma 2VP a atteint 1 A·cm⁻² à 2 V, démontrant la faisabilité d’un tel concept technologique.
Mots clés : Membrane, Electrolyse, PECVD, Hydrogène, Energie, Eau.
Abstract:
2‑vinylpyridine (2VP) and 1-vinylimidazole (1VI) plasma polymers were deposited by capacitively coupled RF plasma with a pulsed vapor injector and evaluated as anion exchange
membranes (AEM) for low‑temperature water electrolysis. XPS and TOF‑SIMS confirmed chemically homogeneous films and successful formation of vinyl pyridinium and vinyl imidazolium groups after quaternization. GISAXS, QCM and ellipso‑porometry showed that increasing plasma energy and quaternization enhances film density while limiting water uptake and swelling, suggesting improved mechanical robustness versus commercial ionomers such as Aemion. Electrochemical impedance spectroscopy revealed promising ionic conductivity, and the combination with nanometric thickness resulted in a specific resistance one order of magnitude lower than Aemion®. A membrane‑electrode assembly using a 2VP plasma polymer AEM reached 1 A·cm⁻² at 2 V, demonstrating a highly promising proof of concept.
Keywords: Membrane, Electrolysis, PECVD, Hydrogen, Energy, Water.
