Intérêt du greffage moléculaire pour le stockage électrochimique de l’énergie

par Lénaïc Madec

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Physicochimie et électrochimie

Sous la direction de Philippe Moreau et de Joël Gaubicher.

Soutenue en 2012

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Greffage et pontage moléculaires
• Pi-stacking
• Diazonium
• Electrolyte redox
• Gap de Ragone
• Mécanisme de greffage
• Chimie click

Résumé

L’intérêt du greffage moléculaire vis-à-vis des limitations en puissance des batteries et des limitations en énergie des supercondensateurs a été envisagé. Les propriétés morphologiques et électriques résultantes des fonctionnalisations covalente et non covalente de substrats carbonés, ont été évaluées et comparées. Afin de contrôler et d’optimiser le transfert électronique entre les différents constituants d’une électrode de batterie, l’implémentation de jonctions moléculaires à effet tunnel, a été envisagée. Afin d’augmenter l’énergie des supercondensateurs, un nouveau concept a été développé. Il est basé sur l’auto-fonctionnalisation redox nonperturbatrice, de carbones contenus dans des électrodes composites, durant le cyclage électrochimique ou durant l’étape de « calendar life », par un matériau actif redox organique contenu dans l’électrolyte. La diminution de l’épaisseur des électrodes de batteries Li est souvent utilisée comme moyen de compenser les faibles performances en puissance mais au détriment de l’énergie. Une alternative possible serait alors l’utilisation de molécules redox relais du matériau actif, dont la compensation de la charge ne mettrait pas en jeu les ions Li+.

Titre traduit

Interest of molecular grafting for the electrochemical energy storage

Résumé

The interest of molecular grafting regarding the power limit of Li batteries and the energy limit of the supercapacitors has been considered. Morphological and electrical properties resulting of covalent and non covalent functionalizations of carbon substrates have been evaluated and compared. In order to control and to optimize the electronic conductivity between the different components of a battery electrode, the implementation of tunneling molecular junctions has been investigated. To increase the energy of supercapacitors, a new concept has been developed. It is based on self- and non-disruptive redox fonctionalization of carbon-containing composite electrodes during electrochemical cycling or during calendar life by an organic redox-active material that is contained in the electrolyte. The thickness decrease of Li batteries electrodes is often used as a way to compensate the low power performance but at the expense of the energy. An alternative would be to use redox molecular relay of the active material for which charge compensation occurs without Li+.