Nanocomposites polythiophènes/nanotubes de carbone alignés : élaboration, caractérisations et applications aux supercondensateurs en milieu liquide ionique

Nanocomposites polythiophene/aligned carbon nanotubes : elaboration, characterizations and applications for energy storage (supercapacitors) in Ionic liquid

• Auteur / Autrice : Sébastien Lagoutte
• Direction : Claude Chevrot, François Tran-Van
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux et électrochimie
• Date : Soutenance le 22/10/2010
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : : France. Direction des recherches, études et techniques d'armement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre d'études nucléaires (Saclay, Essonne ; 1952-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Henri Aubert, Pierre Audebert, Michel Amiet, Martine Mayne-L'Hermite
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Fauvarque, Cécile Zakri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Polymères

Électrochimie

Nanotubes

Liquides ioniques

Mots clés libres

Supercondensateurs

Capacitance

Poly(3-méthylthiophène)

Poly(3,4-diméthylthiophène)

Supercapacitors

Capacitance

Poly(3-methylthiophene)

Poly(3,4-dimethylthiophene)

Résumé

Le présent travail a porté sur l’élaboration d’électrodes à base de polymère conducteur et d’un tapis de nanotubes de carbone alignés pour les applications de supercondensateur.Dans la première partie de ce travail, nous avons porté notre attention sur le choix de nos matériaux et nous avons pu déterminer leur comportement électrochimique en milieu liquide ionique. Les deux polymères choisis : le poly(3-méthylthiophène) et le poly(3,4-diméthylthiophène) possèdent des propriétés très différentes en terme de capacitance, de potentiel d’oxydation, de résistance ou de cyclabilité. Afin d’allier ces propriétés entre elles, nous avons réalisé la synthèse de copolymères obtenus par voie électrochimique en milieu liquide ionique aprotique. Cette électro-co-polymérisation nous a permis d’obtenir une large gamme de matériaux aux propriétés variables selon la composition du polymère.Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons optimisé la synthèse électrochimique d’un nanocomposite poly(3-méthylthiophène)/nanotubes de carbone alignés en milieu liquide ionique. Les matériaux obtenus offrent la propriété d’être « auto-supportés » et permettent ainsi de s’affranchir de collecteur de courant. La nanostructuration grâce aux nanotubes et l’absence de collecteur de courant nous ont permis d’améliorer d’un facteur 3 la capacitance spécifique de nos électrodes. Une optimisation des conditions d’élaboration des nanocomposites permettent d’atteindre une capacitance de 180F.g-1 dans EMITFSI à 30°C.

The present work concerned the elaboration of electrodes containing electronic conducting polymer and a carpet of aligned carbon nanotubes for supercapacitor applications. In the first part of this work, we put our attention on the choice of our materials and we were able to determine their electrochemical behavior in ionic liquid. Both chosen polymers : poly(3-méthylthiopène) and poly(3.4-diméthylthiophène) possess very diffrent properties in term of capacitance, oxidation potential, resistance or cyclability. In the second part of this work, we optimized the electrochemical synthesis of a nanocomposite poly(3-méthyltiophène)/aligned carbon nanotubes in ionic liquid. The obtained materials offer the property to be "self-supported" and allow using themselves without current collector. And optimization of the conditions of nanocomposites elaboration allows reaching a capacitance of 180 F.g-1 in EMITFSI in 30°C.