Séparateurs macroporeux innovants à base de poly(fluorure de vinylidène) pour supercondensateurs

Novel Macroporous PVdF based separators for supercapacitors

• Auteur / Autrice : Duygu Karabelli
• Direction : Jean-Yves Sanchez, Jean-Claude Leprêtre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 08/07/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et Interfaces
• Jury : Président / Présidente : Nadia El kissi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Sanchez, Jean-Claude Leprêtre, Olgun Guven, Philippe Azais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Lemordant, Dominique Langevin, Satnam Singh

Mots clés

Mots clés libres

PVdF

Inversion de phase

Supercondensateur

Membranes macroporeuses

Membranes composites

Irradiation gamma

PVdF

Phase inversion

Supercapacitor

Macroporous membranes

Composite membranes

Gamma irradiation

Résumé

La technologie supercondensateur a fait l'objet d'un grand intérêt ces dernières années. Cependant, tandis qu'une grande attention a été donnée aux électrodes, aux électrolytes et aux électrolytes de polymère gélifiée, peu d'études ont été centrées sur l'amélioration des séparateurs macroporeux. Dans le cadre du projet SEPBATT/DURAMAT, les séparateurs macroporeux à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) ont été préparés par inversion de phase, pour les supercondensateurs. Nos membranes présentent également une bonne stabilité thermique, en revanche leurs propriétés mécaniques sont significativement plus faibles que celles des membranes commerciales. De plus le séparateur PVdF de porosité 80% rempli par l'électrolyte à base d'AN atteint, à 25°C, 18mS/cm, tandis que dans les mêmes conditions mais avec le séparateur commercial en cellulose, la conductivité n'atteint que 10 mS/cm. Ce travail a été complété par l'étude de techniques de renforcement (addition de composites, réticulation par l'irradiation) appliquées aux membranes précédemment préparées, pour augmenter leur tenue mécanique. Ces membranes ont montré un renforcement des propriétés mécaniques sans nuire aux propriétés de conduction ionique (15 mS/cm).

Abstract In recent years a strong interest has been devoted to supercapacitor technology. However, while great attention has been paid to electrodes, electrolytes and gel polymer electrolytes, only few reports have been dedicated to macroporous separators. Hereby, in the frame of project SEPBATT/DURAMAT, macroporous poly(vinylidene fluoride) (PVdF) based separators were prepared by phase inversion technique for applications of supercapacitors. Their mechanical properties are relatively lower than those of commercial membranes nevertheless such membranes exhibit good thermal stability. Whereas commercial cellulose based separators filled with tetraethyl ammonium tetrafluoroborate + CH3CN electrolyte show 10 mS/cm (at 25°C), our PVdF macroporous separators exhibit significantly higher conductivity (18 mS/cm) under the same conditions. This study was completed with application of reinforcement techniques (addition of composites, crosslinking by irradiation) on to previously prepared membranes in order to increase their mechanical strength. Reinforced membranes showed good high mechanical strength whereas the ionic conductivity is almost maintained (15mS/cm).