Membrane échangeuse d'anions

Une membrane échangeuse d'anions (AEM) est une membrane semiperméable généralement constituée d'ionomères et conçue pour présenter une conductivité ionique fondée sur la mobilité d'anions à travers sa structure en rejetant des gaz tels que l'oxygène ou l'hydrogène. Avec les membranes échangeuses de cations, principalement les membranes échangeuses de protons, elles sont une variété de membranes échangeuses d'ions.

Applications

Les membranes échangeuses d'anions sont utilisées dans les cellules d'électrolyse et les piles à combustible pour séparer les réactifs présents autour des deux électrodes tout en permettant le transport des anions essentiels au fonctionnement de ces dispositifs. La membrane échangeuse d'anions des piles à combustible alcalines en est une application importante pour séparer les électrodes d'une pile à combustible à méthanol direct^[1] (DMFC) ou d'une pile à combustible à éthanol direct (DEFC.

Par exemple, on a pu démontrer en 2021 le fonctionnement efficient, pour une application d'électrolyse alcaline de l'eau (en), de membranes échangeuses d'anions à base de divers dérivés de poly(fluorénylarylpipéridinium)^[2] (PFAP) présentant une conductivité ionique élevée ainsi qu'une bonne durabilité dans les conditions basique , les performances obtenues étaient de 7,68 A/cm², excédant de 20 % celles des membranes échangeuses de protons, avec une durabilité de 1 000 heures^[3],[4] et sans utiliser de terres rares coûteuses.

Notes et références

1. (en) Timothy N. Danks, Robert C. T. Slade et John R. Varcoe, « Comparison of PVDF- and FEP-based radiation-grafted alkaline anion-exchange membranes for use in low temperature portable DMFCs », Journal of Materials Chemistry, vol. 12, n^o 12,‎ 26 septembre 2002, p. 3371-3373 (DOI 10.1039/b208627a, lire en ligne ).
2. (en) Nanjun Chen, Ho Hyun Wang, Sun Pyo Kim, Hae Min Kim, Won Hee Lee, Chuan Hu, Joon Yong Bae, Eun Seob Sim, Yong-Chae Chung, Jue-Hyuk Jang, Sung Jong Yoo, Yongbing Zhuang et Young Moo Lee, « Poly(fluorenyl aryl piperidinium) membranes and ionomers for anion exchange membrane fuel cells », Nature Communications, vol. 12, n^o 1,‎ 22 avril 2021, article n^o 2367 (PMID 33888709, DOI 10.1038/s41467-021-22612-3, Bibcode 2021NatCo..12.2367C, lire en ligne).
3. (en) Nanjun Chen, Sae Yane Paek, Ju Yeon Lee, Jong Hyeong Park, So Young Lee et Young Moo Lee, « High-performance anion exchange membrane water electrolyzers with a current density of 7.68 A cm⁻² and a durability of 1000 hours », Energy & Environmental Science, vol. 14, n^o 12,‎ 4 novembre 2021, p. 6338-6348 (DOI 10.1039/d1ee02642a, lire en ligne).
4. (en) Hainan Sun, Xiaomin Xu, Hyunseung Kim, WooChul Jung, Wei Zhou et Zongping Shao, « Electrochemical Water Splitting: Bridging the Gaps between Fundamental Research and Industrial Applications », Energy & Environmental Materials,‎ 27 mai 2022, article n^o e12441 (DOI 10.1002/eem2.12441, lire en ligne ).