Elaboration et modification de séparateurs macroporeux innovants pour générateurs électrochimiques

Development and modification of innovative macroporous separators for double layers capacitors

• Auteur / Autrice : Virgile Daux
• Direction : Frédéric Prochazka, Christian Carrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 24/10/2011
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Sanchez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadia El Kissi, Jean-François Feller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Matières plastiques -- Extrusion

Fluoropolymères

Séparateurs (machines)

Membranes (technologie)

Mots clés libres

Morphologie

Co-continuité

Rhéologie

Membrane poreuse

Mélange

Polymères fluorés

Polyoxyéthylène

Extrusion

Résumé

Cette thèse de doctorat spécialité « Chimie et Sciences des Matériaux » s'inscrit dans le pôle de compétitivité Chimie-Environnement Axelera, ainsi que dans le sous-programme de R&D Sepbatt SP.4.2. Duramat. Son objectif est d'élaborer la mise en place d'un protocole de fabrication par extrusion d'une membrane poreuse pour supercapacité. Cette membrane très fine joue un rôle très important dans le générateur électrochimique. Elle permet en effet, grâce à sa porosité, la circulation des ions entre les deux électrodes tout en évitant les courts-circuits, mais assure aussi les bonnes propriétés mécaniques du dispositif final. La volonté du fabricant de ces supercapacités est d'étudier la possibilité d'utiliser un nouveau moyen de fabrication de membranes séparatrices par le biais de mélanges de polymères fluorés / poly(oxyéthylène) et de la technique d'extrusion. L’incompatibilité des différents composants utilisés conduit à des mélanges hétérogènes révélant des structures multiphasiques présentant différentes morphologies. Il est alors important de caractériser et d'étudier l'évolution de ces morphologies et plus spécifiquement la morphologie co-continue. Différentes études ont ainsi été réalisées pour caractériser cette évolution. Les diagrammes de continuité des systèmes ont été déterminés grâce à la technique d'extraction sélective et confirmés par microscopie électronique à balayage alors qu'une étude rhéologique a permis de mettre en place une relation entre la morphologie et le comportement en fondu des différents systèmes utilisés. Le projet est ensuite finalisé grâce aux caractérisations physico-chimiques des membranes poreuses extrudées

This thesis specialized in ''Chemistry and Materials Science'' is part of the international cluster Axelera “Chemistry and Environment”, and in the R&D program Sepbatt SP.4.2.Duramat. Its aim is to develop a protocol for extrusion manufacturing of a porous membrane for double layers capacitor. This thin membrane plays a very important role in the electrochemical cell. It makes possible, thanks to its porosity, the flow of ions between two electrodes while avoiding short circuit, but also provides good mechanical properties of the final device. The desire of the manufacturer of double layers capacitor is to study the possibility of using a new method of separating membranes manufacturing, using mixtures of fluorinated polymers / polyethylene oxide and the extrusion technique. The incompatibility of the various components used leads to heterogeneous mixtures revealing multiphasic structures with different morphologies. It is then important to characterize and study the evolution of these morphologies and specifically co-continuous morphology. Various studies have been carried out to characterize this evolution. The continuity diagrams of the systems were determined using the technique of selective extraction and confirmed by scanning electron microscopy, while a rheological study allowed to establish a relationship between the morphology and behavior in the melt of the different systems used. The project is then completed through the physico-chemical characterization of porous membranes extruded