Voir la source de Nafion

{{Infobox Chimie
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 | légende = [[Unité monomère|Unités monomère]] du Nafion.
<!-- Général -->
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<!-- Propriétés chimiques -->
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<!-- Thermochimie -->
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<!-- Précautions -->
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 | SGHref = <ref name="aa">{{Alfa Aesar|40802|Nafion NR50, super acidic ion exchange resin catalyst|Date=31 janvier 2021}}</ref>
 | SGH = {{SGH|SGH07|Wng|H315|H319|H335|P302+P352|P337+P313|P304+P340|P312|P280|P332+P313}}
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<!-- Écotoxicologie -->
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<!-- Caractère psychotrope -->
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<!-- Supplément -->
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}}<!-- ----------------------------- Fin de l'infoboîte ----------------------------- -->
Le '''Nafion''' est le nom de [[Marque (marketing)|marque]] d'un [[fluoropolymère]] [[copolymère]] à base de [[tétrafluoroéthylène]] [[Sulfonation|sulfonaté]] découvert à la fin des {{lnobr|années 1960}} par Walther Grot chez [[DuPont]]. C'est le premier représentant des [[ionomère]]s, classe de [[polymère]]s synthétiques dont une fraction faible mais significative des [[Unité monomère|unités monomère]] contient des [[Groupe fonctionnel|groupes]] [[ion]]iques ou [[Ionisation|ionisables]]<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteur1     = A. D. Jenkins |auteur2= P. Kratochvíl |auteur3= R. F. T. Stepto |auteur4= U. W. Suter
 | titre       = Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)
 | périodique  = Pure and Applied Chemistry
 | volume      = 68
 | numéro      = 12
 | année       = 1996
 | pages       = 2287-2311
 | url texte   = https://www.degruyter.com/view/journals/pac/68/12/article-p2287.xml
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1351/pac199668122287
}}. {{p.|2299}} : {{citation étrangère|langue=en|1.66 Ionomer molecule: a macromolecule in which a small but significant proportion of the constitutional units have ionizable or ionic groups, or both.}}</ref>. Les propriétés ioniques particulières du Nafion résultent de l'incorporation de groupes perfluorovinyle éther terminés par des groupes [[sulfonate]] sur une ossature en [[polytétrafluoroéthylène]] (PTFE)<ref name="10.1021/acs.chemrev.6b00159">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Ahmet Kusoglu et Adam Z. Weber
 | titre       = New Insights into Perfluorinated Sulfonic-Acid Ionomers
 | périodique  = Chemical Reviews
 | volume      = 117
 | numéro      = 3
 | jour        = 23
 | mois        = janvier
 | année       = 2017
 | pages       = 987-1104
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.6b00159
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/acs.chemrev.6b00159
}}</ref>{{,}}<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Carla Heitner-Wirguin
 | titre       = Recent advances in perfluorinated ionomer membranes: structure, properties and applications
 | périodique  = Journal of Membrane Science
 | volume      = 120
 | numéro      = 1
 | jour        = 30
 | mois        = octobre
 | année       = 1996
 | pages       = 1-33
 | url texte   = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/037673889600155X?via%3Dihub
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1016/0376-7388(96)00155-X
}}</ref>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Kenneth A. Mauritz et Robert B. Moore
 | titre       = State of Understanding of Nafion
 | périodique  = Chemical Reviews
 | volume      = 104
 | numéro      = 10
 | jour        = 21
 | mois        = septembre
 | année       = 2004
 | pages       = 4535-4586
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr0207123
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/cr0207123
 | pmid        = 15669162
}}</ref>. Le Nafion fait l'objet d'un intérêt particulier comme conducteur de protons pour [[Membrane échangeuse de protons|membranes échangeuses de protons]] ({{Abréviation|PEM|Proton-Echange Membrane}}) destinées aux [[Pile à combustible à membrane échangeuse de protons|piles à combustible à PEM]] en raison de sa très bonne stabilité thermique et électrique.

Le fondement chimique des propriétés conductrices exceptionnelles du Nafion fait l'objet d'études approfondies<ref name="10.1021/acs.chemrev.6b00159"/>. La conductivité ionique du Nafion augmente avec son degré d'hydratation. L'exposition du Nafion à un environnement humidifié ou à de l'eau liquide accroît le nombre de molécules d'eau associées à chaque groupe [[acide sulfonique]] {{fchim|–SO|3|H}}. La nature [[hydrophile]] des groupes ioniques attire les molécules d'eau, qui tendent à [[Solvatation|solvater]] les groupes ioniques et en dissocier les protons [[Labilité|labiles]]. Les protons dissociés « sautent » ensuite d'un site acide à l'autre par un mécanisme facilité par les molécules d'eau et les [[Liaison hydrogène|liaisons hydrogène]]<ref name="10.1021/acs.chemrev.6b00159"/>. Sous l'effet de l'hydratation, le Nafion forme des [[Phase (matière)|phases]] de taille [[nanomètre|nanométrique]] formant un réseau interconnecté de domaines hydrophiles qui permettent la circulation de l'eau et des [[cation]]s tandis que les membranes ne conduisent pas les [[anion]]s et les [[électron]]s. Le Nafion peut être produit sous différentes formes cationiques afin d'ajuster sa conductivité cationique.

== Nomenclature ==

Le Nafion peut être produit aussi bien sous forme de [[Résine (constituant)|résine]] en poudre que de [[copolymère]]. Il présente diverses configurations chimiques et donc plusieurs noms dans la nomenclature de l'[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]].

<gallery mode="packed" heights="150px">
Fichier:Nafion2.svg|{{Centrer|Structure générale du Nafion.}}
</gallery>

La [[masse moléculaire]] du Nafion est variable compte tenu de la variété de procédés pour le produire et de configurations en solution<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123"/>. La structure générale du Nafion, illustrée ci-dessus, souligne la variabilité de ce matériau. Ainsi, les [[Unité monomère|unités monomère]] présentent des variations de chaîne entre les [[Groupe fonctionnel|groupes]] [[Éther-oxyde|éther]], indiquées par l'{{nobr|indice ''z''}}. Les méthodes conventionnelles de détermination de la masse moléculaire comme la [[Diffusion des ondes|diffusion de la lumière]] et la {{Lien|langue=en|trad=Gel permeation chromatography|fr=chromatographie par perméation de gel}} ne sont pas applicables car le Nafion est insoluble ; la masse moléculaire du Nafion a cependant été estimée entre {{unité|100|et=1000|[[Kilodalton|kDa]]}}<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123"/>.

Plutôt que la masse moléculaire, on utilise la masse équivalente ({{Abréviation|EW|Equivalent Weight}}) et l'épaisseur du matériau pour décrire les membranes disponibles dans le commerce. La masse équivalente est le nombre de grammes de Nafion sec par [[Mole (unité)|mole]] de groupes d'[[acide sulfonique]] lorsque le matériau est sous forme acide<ref name="10.1021/cr0207123"/>. Le {{nobr|Nafion 117}} indique par exemple un Nafion avec une masse équivalente de {{unité|1100 g}} et une épaisseur de {{unité|0.007 [[Pouce (unité)|pouce]]}}.

Au lieu de la masse équivalente, les [[Échangeur d'ions|résines échangeuses d'ions]] sont généralement décrites en termes de capacité d'échange d'ions ({{Abréviation|IEC|Ion Exchange Capacity}}), qui s'exprime comme l'inverse de la masse équivalente, c'est-à-dire : {{nobr|IEC {{=}} 1 000 / EW}}.

== Structure et morphologie ==

La morphologie des membranes en Nafion fait l'objet de recherches continues afin de mieux pouvoir contrôler leurs propriétés. La structure du Nafion conditionne ses propriétés par rapport à l'[[eau]], à la stabilité de son hydratation à haute température, sa résistance électro-osmotique ainsi que sa stabilité thermique, mécanique et à l'oxydation. Plusieurs modèles pour décrire la morphologie du Nafion ont été proposés afin de rendre compte de ses propriétés particulières de transport des ions<ref name="10.1021/acs.chemrev.6b00159"/>.

Le premier modèle, dit du ''réseau de clusters'', ou du ''réseau de canaux'', a été proposé en 1982 par Gierke {{et al.}}<ref name="10.1021/bk-1982-0180.ch013">
{{Article
 | langue      = en
 | auteur1     = T. D. Gierke | auteur2= W. Y. Hsu
 | titre       = The Cluster—Network Model of Ion Clustering in Perfluorosulfonated Membranes
 | périodique  = Perfluorinated Ionomer Membranes
 | volume      = 180
 | jour        = 4
 | mois        = février
 | année       = 1982
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bk-1982-0180.ch013
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/bk-1982-0180.ch013
}}</ref>. Il consiste en une distribution régulière de [[Cluster (physique)|clusters]] d'[[ion]]s [[sulfonate]], également décrits comme des [[micelle]]s inversées<ref name="10.1021/cr0207123"/>, avec un diamètre d'environ {{unité/2|4|nm}} maintenu dans un réseau de [[fluorocarbure]]s continu. Des canaux d'environ {{unité/2|1|nm}} de diamètre interconnectent ces clusters, ce qui explique les propriétés de transport ionique de ces matériaux<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123"/>{{,}}<ref name="10.1002/pol.1981.180191103">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = T. D. Gierke, G. E. Munn et F. C. Wilson
 | titre       = The morphology in nafion perfluorinated membrane products, as determined by wide‐ and small‐angle x‐ray studies 
 | périodique  = Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition
 | volume      = Polymer Physics
 | numéro      = 19
 | jour        = 11
 | année       = novembre
 | pages       = 1981
 | url texte   = https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pol.1981.180191103
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1002/pol.1981.180191103
 | bibcode     = 1981JPoSB..19.1687G
}}</ref>.

<gallery mode="packed" heights="150px">
Fichier:Cluster network model.png|{{Centrer|Modèle du réseau de clusters.}}
</gallery>

Il est difficile de déterminer la structure exacte du Nafion en raison de sa [[solubilité]] et de sa [[structure cristalline]] très variables en fonction de ses nombreux dérivés. Des modèles morphologiques avancés ont proposé un modèle cœur-coquille dans lequel le cœur riche en ions et entouré d'une coquille pauvre en ions, un modèle en bâtonnets dans lequel les groupes sulfoniques s'arrangent en bâtonnets [[cristal]]lins, et un modèle sandwich dans lequel les polymères forment deux couches dont les groupes sulfoniques sont situés de part et d'autre d'une couche aqueuse au sein de laquelle se déroulent les phénomènes de transport des [[cation]]s<ref name="10.1021/cr0207123"/>. Ces modèles présentent tous un réseau de clusters ioniques mais diffèrent par la géométrie et la distribution de ces clusters. Bien qu'aucun de ces modèles ne soit révélé comme étant pleinement valide, certaines équipes ont montré que l'hydratation d'une membrane en Nafion fait passer ce matériau d'une morphologie en réseaux de clusters et une morphologie en bâtonnets<ref name="10.1021/cr0207123"/>.

Un modèle dit ''en canaux d'eau'' a été par la suite proposé<ref name="10.1038/nmat2074 ">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Klaus Schmidt-Rohr et Qiang Chen 
 | titre       = Parallel cylindrical water nanochannels in Nafion fuel-cell membranes
 | périodique  = Nature Materials 
 | volume      = 7
 | numéro      = 1
 | jour        = 9
 | mois        = décembre
 | année       = 2007
 | pages       = 75-83
 | url texte   = https://www.nature.com/articles/nmat2074
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1038/nmat2074 
 | pmid        = 18066069
}}</ref> à partir de simulations par [[diffusion des rayons X aux petits angles]] et par {{Lien|langue=en|trad=Solid-state nuclear magnetic resonance|fr=résonance magnétique nucléaire à l'état solide}}. Dans ce modèle, les groupes fonctionnels d'acide sulfonique s'auto-organisent en réseaux de canaux d'eau [[hydrophile]]s, chacun d'environ {{unité/2|2.5|nm}} de diamètre, à travers lesquels des [[ion]]s de petite taille peuvent être transportés facilement. L'ossature de [[polymère]]s [[Hydrophobie (physique)|hydrophobes]] s'intercale entre ces canaux hydrophiles pour fournir la stabilité mécanique observée.

== Production et propriétés ==

Le Nafion est produit par [[copolymérisation]] de [[tétrafluoroéthylène]] (TFE) {{incise|[[monomère]] du [[polytétrafluoroéthylène]] (PTFE)}} et d'un dérivé de perfluoro(alkylvinyléther) avec un [[fluorure]] de [[sulfonyle]] {{fchim|–SO|2|F}}. Ce dernier réactif peut être obtenu par [[pyrolyse]] de ses [[oxyde]]s ou [[Acide carboxylique|acides carboyliques]] respectifs donnant la structure alkylée<ref name="USPatent.3282875">{{US patent|3282875|assignee=EI Du Pont de Nemours and Co|inventor=Connolly Donald James et Gresham William Franklin|date=1 novembre 1966|filed=22 juillet 1964|title=Fluorocarbon vinyl ether polymers}}</ref>.

Le produit obtenu est un [[thermoplastique]] contenant des groupes {{fchim|–SO|2|F}} qui est [[Extrusion d'un plastique|extrudé]] sous forme de films. L'[[hydroxyde de sodium]] NaOH aqueux chaud convertit ces fluorures de sulfonyle en groupes [[sulfonate]] {{nobr|{{fchim|–SO|3}}{{exp|−}}Na{{exp|+}}}}. Cette forme de Nafion, dite ''neutre'' ou ''saline'', est finalement convertie en forme [[acide]] contenant des groupes [[acide sulfonique]] {{fchim|–SO|3|H}}. Il peut être [[Moulage|moulé]] en films minces par chauffage en [[autoclave]] dans une [[solution aqueuse]] d'[[éthanol]] à {{tmp|250|°C}}. Ce procédé, assez coûteux<ref name="10.1021/cr020711a">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Michael A. Hickner, Hossein Ghassemi, Yu Seung Kim, Brian R. Einsla et James E. McGrath
 | titre       = Alternative Polymer Systems for Proton Exchange Membranes (PEMs)
 | périodique  = Chemical Reviews
 | volume      = 104
 | numéro      = 10
 | jour        = 13
 | mois        = octobre
 | année       = 2004
 | pages       = 4587-4612
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr020711a
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/cr020711a
 | pmid        = 15669163
}}</ref>{{,}}<ref name="10.1016/B978-0-08-087872-0.00406-6">
{{Article
 | langue      = en
 | auteur1     = A. L. Dicks
 | titre       = 4.08 - PEM Fuel Cells: Applications
 | périodique  = Comprehensive Renewable Energy
 | volume      = 4
 | année       = 2012
 | pages       = 203-245
 | url texte   = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080878720004066
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1016/B978-0-08-087872-0.00406-6
}}</ref>, permet de produire du Nafion pour générer des films composites, revêtir des électrodes ou réparer des membranes endommagées<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>.

La combinaison de l'ossature stable en PTFE avec les groupes acide sulfonique confèrent au Nafion ses caractéristiques :
* il est très conducteur pour les cations, ce qui le rend intéressant pour de nombreuses applications des membranes ;
* il est chimiquement résistant. D'après son fabricant, seuls les [[Métal alcalin|métaux alcalins]] peuvent dégrader le Nafion aux [[conditions normales de température et de pression]] ;
* l'ossature PTFE entrelacée avec les groupes sulfonate ioniques donne un Nafion une température d'exploitation élevée, atteignant par exemple {{tmp|190|°C}}, cependant, de telles températures ne peuvent être atteintes avec le Nafion sous forme membranaire en raison de la perte d'eau et de résistance mécanique ;
* le Nafion est un [[catalyse]]ur [[superacide]] avec un [[Constante d'acidité|p''K''{{ind|a}}]] d'environ {{nb|-6}}<ref name="10.1051/jp4:2000756">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = K.D. Kreuer, M. Ise, A. Fuchs et J. Maier 
 | titre       = Proton and water transport in nano-separated polymer membranes
 | périodique  = Journal de Physique IV
 | volume      = 10
 | numéro      = PR7
 | mois        = mai
 | année       = 2000
 | pages       = 279-281
 | url texte   = https://jp4.journaldephysique.org/articles/jp4/abs/2000/07/jp4200010PR756/jp4200010PR756.html
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1051/jp4:2000756
}}</ref>. De ce point de vue, le Nafion ressemble à l'[[acide triflique]] {{fchim|CF|3|SO|3|H}}, bien que le Nafion soit un acide plus faible d'environ trois ordres de grandeur ;
* il est très perméable à l'eau de manière sélective ;
* sa [[Conductimétrie|conductivité]] de protons, qui peut atteindre {{unité|0.2 S/cm}}, dépend de la température, du niveau d'hydratation, de l'historique thermique et des conditions de production du matériau<ref name="10.1021/acs.chemrev.6b00159"/>{{,}}<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Yoshitsugu Sone, Per Ekdunge et Daniel Simonsson
 | titre       = Proton Conductivity of Nafion 117 as Measured by a Four‐Electrode AC Impedance Method
 | périodique  = Journal of the Electrochemical Society
 | volume      = 143
 | numéro      = 4
 | mois        = avril
 | année       = 1996
 | pages       = 1254
 | url texte   = https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.1836625
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1149/1.1836625
 | bibcode     = 1996JElS..143.1254S
}}</ref> ;
* la phase solide et la phase aqueuse du Nafion sont perméables aux gaz<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Maximilian Schalenbach, Tobias Hoefner, Paul Paciok, Marcelo Carmo, Wiebke Lueke et Detlef Stolten
 | titre       = Gas Permeation through Nafion. Part 1: Measurements
 | périodique  = The Journal of Physical Chemistry C
 | volume      = 119
 | numéro      = 45
 | jour        = 6
 | mois        = octobre
 | année       = 2015
 | pages       = 25145-25155
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.5b04155
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/acs.jpcc.5b04155
}}</ref>{{,}}<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Maximilian Schalenbach, Michael A. Hoeh, Jeff T. Gostick, Wiebke Lueke et Detlef Stolten
 | titre       = Gas Permeation through Nafion. Part 2: Resistor Network Model
 | périodique  = The Journal of Physical Chemistry C
 | volume      = 119
 | numéro      = 45
 | jour        = 6
 | mois        = octobre
 | année       = 2015
 | pages       = 25156-25169
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.5b04157
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/acs.jpcc.5b04157
}}</ref>, ce qui est un inconvénient pour les équipements de conversion d'énergie, comme les applications de [[photosynthèse artificielle]], de [[Pile à combustible|piles à combustibles]] et d'[[électrolyse de l'eau]].

== Applications ==

[[Fichier:PEM Elektrolyse 5.gif|vignette|Principe de la production d'[[Dihydrogène|hydrogène]] par [[électrolyse de l'eau]]. La membrane, dans ce type d'application, est souvent en Nafion.]]

Les propriétés du Nafion le rendent intéressant pour une large gamme d'applications. Ce matériau est utilisé dans les [[Pile à combustible|piles à combustibles]], les équipements [[Électrochimie|électrochimiques]], le [[procédé chlore-alcali]], la récupération des ions de métaux, l'[[électrolyse de l'eau]], le placage ([[galvanoplastie]]), les [[Traitement de surface|traitements de surface]] de métaux, les [[Pile électrique|piles électriques]], les [[capteur]]s, les systèmes de [[dialyse]] à [[effet Gibbs-Donnan]], la délivrance des médicaments, l'humidification ou l'assèchement des gaz et la [[catalyse]] [[superacide]] pour la [[chimie fine]]<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123"/>{{,}}<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteur1     = Georges Gelbard
 | titre       = Organic Synthesis by Catalysis with Ion-Exchange Resins
 | périodique  = Industrial & Engineering Chemistry Research
 | volume      = 44
 | numéro      = 23
 | jour        = 14
 | mois        = octobre
 | année       = 2005
 | pages       = 8468-8498
 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie0580405
 | consulté le = 31 janvier 2021
 | doi         = 10.1021/ie0580405
}}</ref>. 

=== Membrane pour cellule chlore-alcali ===

{{Article détaillé|Procédé chlore-alcali}}

Le [[Dichlore|chlore]] {{fchim|Cl|2}}, l'[[hydroxyde de sodium]] NaOH et l'[[hydroxyde de potassium]] KOH sont parmi les substances chimiques les plus produites dans le monde. Au {{s-|XXI}}, les méthodes de production de {{fchim|Cl|2}} et de NaOH/KOH reposent sur l'[[électrolyse]] de [[saumure]]s à l'aide d'une membrane en Nafion entre demi-cellules. Avant le Nafion, les industriels utilisaient des [[Amalgame (métallurgie)|amalgames]] de [[Mercure (chimie)|mercure]] contenant du [[sodium]] pour séparer le sodium [[Élément chimique|élémentaire]] des cellules, ou des diaphragmes en [[amiante]] pour permettre le transfert des [[cation]]s de [[sodium]] entre les demi-cellules. Ces deux technologies furent développées dans la seconde moitié du {{s-|XIX}}. L'inconvénient de ces systèmes est la sécurité des ouvriers et l'impact environnemental associés à l'utilisation de mercure et d'amiante. Des considérations économiques ont également joué un rôle, ainsi que la contamination au chlore des hydroxydes obtenus à travers un diaphragme. Le Nafion a été le résultat direct des recherches de cette industrie pour résoudre ces problèmes : il peut supporter des températures élevées, des [[Courant électrique|courants électriques]] élevés, ainsi que le milieu corrosif des cellules électrolytiques<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>{{,}}<ref name="10.1021/cr0207123"/>.

Dans une cellule chlore-alcali, le Nafion fonctionne comme une membrane entre les demi-cellules. La membrane permet aux cations de sodium Na{{exp|+}} de passer d'une demi-cellule à l'autre avec une [[résistance électrique]] aussi réduite que possible. La membrane peut être également renforcée avec des membranes supplémentaires pour prévenir le mélange des gaz et réduire les transferts à contre-courant des [[anion]]s [[chlorure]] Cl{{exp|−}} et [[hydroxyde]] OH{{exp|−}}.

=== Piles à combustible à membrane échangeuse de protons ===

Les [[Pile à combustible|piles à combustible]] sont une technologie ancienne, qui remonte aux [[années 1960]], par exemple comme sources d'énergie pour [[satellite artificiel|satellites artificiels]]<ref>
{{Lien web
 | langue      = en
 | auteur1     = Justin Fitzgerald et Nancy O'Bryan
 | url         = https://www.nasa.gov/centers/glenn/technology/fuel_cells.html
 | titre       = Fuel Cells: A Better Energy Source for Earth and Space
 | date        = 11 février 2005
 | site        = nasa.gov
 | éditeur     = [[Glenn Research Center]]
 | consulté le = 3 février 2021
|brisé le = 2023-11-26}}.</ref>{{,}}<ref>
{{Lien web
 | langue      = en
 | auteur1     = Brian Dunbar et Nancy Bray
 | url         = https://www.nasa.gov/content/space-applications-of-hydrogen-and-fuel-cells
 | titre       = Space Applications of Hydrogen and Fuel Cells
 | date        = 4 août 2017
 | site        = nasa.gov
 | éditeur     = [[National Aeronautics and Space Administration|NASA]]
 | consulté le = 3 février 2021
|brisé le = 2023-11-26}}.</ref>. Depuis le début du siècle, elles font l'objet de recherches actives. Celles-ci sont motivées par les enjeux de l'[[hydrogène vert]] : de l'[[Dihydrogène|hydrogène]] {{fchim|H|2}} est produit par [[électrolyse de l'eau]] dont l'électricité est d'[[Énergie renouvelable|origine renouvelable]], ce qui libère de l'[[Dioxygène|oxygène]] {{O2}} comme [[sous-produit]], et non par [[Dihydrogène#Vaporeformage d'hydrocarbures|vaporeformage]] de [[gaz naturel]], qui libère du [[dioxyde de carbone]] {{CO2}}.

Le Nafion s'est révélé être un très bon matériau pour les [[Membrane échangeuse de protons|membranes échangeuses de protons]] ({{Abréviation|PEM|Proton-Echange Membrane}}), permettant le transport des [[proton]]s tout en bloquant celui des [[électron]]s, ce qui permet de réaliser des [[Pile à combustible à membrane échangeuse de protons|piles à combustible à PEM]] performantes. L'hydrogène arrive du côté [[combustible]] en libérant des électrons dans l'[[anode]] et des protons dans la membrane, protons qui traversent la membrane et se recombinent aux électrons de la [[cathode]] pour donner de l'[[eau]] {{H2O}} avec l'oxygène côté [[comburant]]<ref name="10.1016/0376-7388(96)00155-X"/>. Les [[électrode]]s utilisées dans ces dispositifs sont des [[Électrode à diffusion de gaz|électrodes à diffusion de gaz]] ({{Abréviation|GDE|Gas Diffusion Electrodes}}), par exemple en [[Polytétrafluoroéthylène|PTFE]].

=== Catalyseurs superacides pour la chimie fine ===

Le Nafion est par nature un [[superacide]] pouvant être utilisé comme [[catalyse]]ur en [[synthèse organique]], par exemple pour des réactions d'[[alkylation]], d'[[isomérisation]], d'[[oligomérisation]], d'[[acylation]], de [[Acétal et cétal|cétalisation]], d'[[estérification]], d'[[hydrolyse]] des [[glucide]]s et des [[Éther-oxyde|éthers]], ainsi que des [[oxydation]]s. Les applications catalytiques du Nafion ne sont peut-être pas encore toutes explorées<ref name="10.1021/ie0580405">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Georges Gelbard
 | titre       = Organic Synthesis by Catalysis with Ion-Exchange Resins
 | périodique  = Industrial & Engineering Chemistry Research
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 | numéro      = 23
 | jour        = 14
 | mois        = octobre
 | année       = 2005
 | pages       = 8468-8498
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 | consulté le = 3 février 2021
 | doi         = 10.1021/ie0580405
 | pmid        = 
 | bibcode     = 
}}</ref>. Tous ces procédés n'ont cependant pas trouvé d'application industrielle significative.

== Notes et références ==
{{Références}}

{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Fluoroalcane]]
[[Catégorie:Fluoropolymère]]
[[Catégorie:Polyéther]]
[[Catégorie:Polyélectrolyte]]
[[Catégorie:Acide sulfonique]]
[[Catégorie:Électrochimie]]
[[Catégorie:Technologie des membranes]]
[[Catégorie:Produit de l'entreprise DuPont]]