Quelle membrane échangeuse d’anions choisir pour un électrolyseur alcalin ?

Le développement d’électrolyseurs à membranes échangeuses d’anions (AEMWE) représente une voie prometteuse pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau tout en limitant, voire en supprimant, l’utilisation de métaux nobles. Mais quelle membrane commerciale choisir pour assurer un fonctionnement durable en milieu alcalin ?

Stabilité de membranes commerciales

Dans le cadre du projet DAEMONHYC, le LPPI de CY Cergy Paris Université s’est intéressé à la stabilité des membranes échangeuses d’anions disponibles commercialement. Trois membranes (SustainION, OrION et PiperION) ont été soumises à différents vieillissements chimiques ex situ à différentes températures, dans des milieux alcalins, aqueux et oxydants, afin d’identifier leur domaine de stabilité. Les résultats montrent des différences importantes entre ces trois matériaux. SustainION se dégrade après seulement une semaine d’immersion dans une solution de KOH 5 M à 50°C, tandis qu’OrION et PiperION présentent un changement visuel après 150 jours dans les mêmes conditions de test. Des essais complémentaires ont permis de déterminer les domaines de stabilité opérationnelle de PiperION et OrION (en suivant leur conductivité ionique et leur capacité d’échange ionique (IEC)) en fonction de la concentration en KOH et de la température.

Importance de la structure du polymère

Globalement, la stabilité des deux membranes diminue lorsque la concentration de KOH et la température augmentent. Un résultat particulièrement surprenant est toutefois observé dans l’eau : les membranes se dégradent plus rapidement dans l’eau déionisée que dans les solutions de KOH. A 80°C, leur conductivité ionique et leur IEC diminuent ainsi de plus de 50%. Ces membranes présentent également une stabilité fortement réduite en milieu oxydant, mais qui augmente lorsque le pH devient alcalin.

Ces travaux montrent que, même lorsque les membranes présentent des squelettes polymères similaires, la position des sites ioniques (au sein de la chaîne principale ou sur une chaîne pendante) ainsi que leur structure, aliphatique ou cyclique, jouent un rôle déterminant dans leur stabilité en milieu alcalin. Ces résultats apportent ainsi des éléments utiles pour guider le choix et la conception de membranes destinées aux électrolyseurs de type AEMWE.

Réalisés dans le cadre de la thèse de Ying SUN, ces travaux viennent de faire l’objet d’une publication dans Polymer Degradation and Stability (https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2026.112345).

Ying SUN, LPPI Université de Cergy CNRS