Nanostructuration du dioxyde de plomb pour applications dans les supercapacités électrochimiques hybrides

• Auteur / Autrice : Philippe Perret
• Direction : Thierry Brousse, Daniel Guay, Daniel Belanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energie et sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec Varennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Jury : Président / Présidente : Ana Tavares
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Pereira-Ramos, Dean MacNeil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrolytes

Matériaux nanostructurés

Supercondensateurs

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier la nanostructuration de l'oxyde métallique PbO 2 comme matériau d'électrode dans une supercapacité électrochimique hybride carbone/Pbö-. Malgré une puissance spécifique modeste et une cyclabilité limitée, un coût de production minime et un recyclage bien maîtrisé font de PbO 2 un candidat de choix pour des systèmes hybrides aux coûts modiques. Il faut cependant améliorer les caractéristiques de ce matériau. Le choix de nanostructurer le matériau actif de l'électrode s'est donc révélé être une solution possible et sensée pour augmenter les performances et améliorer Ia cyclabilité du PbO 2. Les études concernant le moyen de nanostructurer l'électrode ont été menées et différentes voies ont été explorés. Il a finalement été choisi de synthétiser des nanofils de PbO 2 par dépôt électrolytique. Les performances électrochimiques du PbO 2 ont été mesurées dans I' acide sulfurique par voltampérométrie cyclique et comparées à celles d'un film mince. Le constat est que la nanostructuration améliore l'énergie spécifique et de puissance d'un facteur trois mais qu'elle n'améliore pas la cyclabilité à cause du phénomène de sulfatation du PbO 2 dans l'acide sulfurique. La sulfatation étant inévitable, il a été décidé de changer d'électrolyte. L'acide méthanesulfonique a été choisi pour sa capacité à faire l'oxydoréduction de du couple 2 PbO 2 /Pb2 + sans obtenir de sulfate de plomb comme produit de réduction. On obtient un système où l'oxydoréduction s'opère sur la base d'une dissolution/redéposition de l'électrode de PbO 2. Un système hybride carbone/Pbö, utilisant un électrolyte à base d'acide méthanesulfonique a été étudié. Les performances obtenues sont encourageantes et devraient permettre I' optimisation et une étude plus approfondie de ce système

The objective of this thesis is to study the nanostructuration of metal oxide PbO 2 as electrode material in a hybrid electrochemical supercapacitor carbone/Pbö-. Despite modest power density and limited cyclability, low production costs and easy recycling of PbO 2 make it a good candidate for low cost hybrid systems. However, the characteristics of this material should be improved. The choice of nanostructuring active electrode material was revealed to be a feasible and sensible solution to increase performance and improve the cyclability of PbO 2. Studies on using nanostructured electrode were carried out and various ways have been explored. It was finally chosen to synthesize nanowires by PbO 2 electroplating. Then the electrochemical performances were measured in sulfuric acid by cyclic voltarnmetry and compared to those of a thin film. The fact is that nanostructure improves the energy density and power by a factor of three but it does not improve the cyclability due to the phenomenon of sulfation of PbO 2 in sulfuric acid. Sulfation is inevitable so it was decided to change the electrolyte. Methanesulfonic acid was chosen for its ability to do redox of the couple PbO 2 /Pb 2 + without lead sulphate as reduction product. A system is obtained where the redox is a dissolution-redeposition of the PbO 2 electrode. A hybrid system carbon/Pbö, using an electrolyte based on methanesulfonic acid was studied. The performance obtained so far are encouraging and can lead to optimization and further study of this system$$24e de couverture