Développement d'un film polymère barrière sur un substrat dense en couplant la technique de polymérisation interfaciale et la modélisation moléculaire - Application aux réservoirs de stockage d'hydrogène à haute pression - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Development of a barrier polymer film on a dense substrate by coupling the interfacial polymerization technique and molecular modeling - Application to high pressure hydrogen storage tanks

Développement d'un film polymère barrière sur un substrat dense en couplant la technique de polymérisation interfaciale et la modélisation moléculaire - Application aux réservoirs de stockage d'hydrogène à haute pression

Résumé

Environmental concerns require the use of alternative technologies such as fuel-cell hydrogen cars. In order to limit depressurization, the lightweight composite high-pressure storage tanks could be improved with an additional thin polymer H2 barrier film coated to their walls. Interfacial polymerization was used to produce such a layer, since it is able to produce a thin and defect-free film at the interface of two immiscible liquids. The two monomers under study, a tri-alcohol compound (Phg) and a phosphazene (HCCP), reacted to create cross-linked polyphosphazenes. They were characterized by elemental analysis, infrared, visible and ultra-violet spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, Raman spectroscopy, ellipsometry, scanning electron microscopy, gravimetry and permeation measurements. Molecular modelling techniques, such as molecular dynamics (MD), density functional theory (DFT), energy minimization (EM), test-particle insertion (TPI) as well as grand-canonical Monte Carlo (GCMC) simulations were used as a complement to the experimental approach. They were able to test the effect of varying reactant ratios on the properties of the networks and their capacities to behave as a barrier to H2. The synthesis and characterization of the films on a porous substrate gave encouraging results and plasma surface treatments were used to allow their deposition on dense supports.
Les défis environnementaux nécessitent le recours à de nouvelles technologies telles que les voitures à hydrogène. Afin de limiter la dépressurisation, leurs réservoirs composites à hydrogène comprimé pourraient être améliorés en déposant sur leurs parois un film additionel de polymère barrière à H2. La polymérisation interfaciale (IP) a été utilisée pour produire des films polyphosphazènes minces et sans défauts à l'interface de deux liquides non miscibles à partir de la réticulation de deux monomères, un composé tri-alcool (Phg) et un phosphazène (HCCP). Ces films ont été caractérisés par analyse élémentaire, spectroscopie infrarouge, visible et ultraviolet, spectroscopie à résonance magnétique nucléaire, spectroscopie Raman, ellipsométrie, microscopie électronique à balayage, gravimétrie et mesures de perméance. Des techniques de modélisation moléculaire, telle que la dynamique moléculaire (DM), la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), la minimisation énergétique (EM), l’insertion de particules (TPI) ainsi que les simulations de Monte Carlo dans l’ensemble grand-canonique (GCMC) ont été utilisées pour complémenter l'approche expérimentale. Elles ont permis de tester l'effet de différents ratios de réactifs sur les propriétés des films Phg-HCCP ainsi que leurs propriétés barrières à H2. La synthèse et la caractérisation détaillée de ces films sur des supports poreux ont donné des résultats encourageants et des traitements de surface par plasma ont permis leur dépôt sur des supports denses.

Domaines

Matériaux
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04382507 , version 1 (09-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04382507 , version 1

Citer

Méryll Barraco. Développement d'un film polymère barrière sur un substrat dense en couplant la technique de polymérisation interfaciale et la modélisation moléculaire - Application aux réservoirs de stockage d'hydrogène à haute pression. Matériaux. Université Savoie Mont Blanc, 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04382507⟩
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