Conception d'oxydes fonctionnels de métaux de transition présentant des méso- ou des nanostructures pour le stockage électrochimique de l'énergie

Design of functional transition metal oxides with meso- or nanostructures for the electrochemical storage of energy

• Auteur / Autrice : Chau Cam Hoang Tran
• Direction : Christine Damas, Jesús Santos Peña
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, spécialité Chimie physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 19/12/2017
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : François Tran-Van
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Encarnación Raymundo-Pinero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Brousse, Sylvain Franger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alcènes

Microélectrodes

Matériaux nanostructurés

Propriétés électroniques

Propriétés physico-chimiques

Supercondensateurs

Matériaux poreux

Condensateurs électrochimiques

Oxydes de manganèse

Mots clés libres

Oxyde de manganèse

Matériaux mésoporeux

Agent structurant souple

Agent structurant dur

Dispositif asymétrique C/MnO2

Microsupercondensateurs

Manganese oxide

Mesoporous materials

Soft template

Hard template

C/MnO2 asymmetric devices

Microsupercapacitors

Résumé

Cette thèse a pour objectif d'améliorer les performances électrochimiques des dispositifs asymétriques C/MnO2 en formulant des oxydes de manganèse présentant des nano- ou mésostructures. Deux méthodes d’élaboration sont explorées. Le matériau mésoporeux est obtenu par réaction entre un agent structurant souple CTAP et divers alcènes A. L’impact des solutions colloïdales CTAP-A sur la texture et la microstructure de MnO2 a été étudié en proposant un modèle qui corrèle la dimension des agrégats avec le diamètre des pores de MnO2. Les performances du dispositif asymétrique sont aussi optimisées. Bien que l’emploi d’un agent structurant dur AAO n’ait pas permis d’élaborer directement un matériau d’électrode MnO2 performant, une microélectrode de MnO2 élaboré sur des nano-piliers de nickel électrodéposé sur AAO montre des propriétés électrochimiques concurrentes avec celles des microélectrodes actuelles. La bonne réponse en puissance élevée du dispositif asymétrique est due à l’excellente connexion entre les piliers et le matériau actif. Ce mémoire offre une meilleure compréhension sur la formation de MnO2 et présente des microélectrodes prometteuses pour les microsupercondensateurs.

The aim of this thesis is to improve the electrochemical performance of C/MnO2 asymmetric devices by elaborating manganese oxides exhibiting nano- or mesostructures. Two preparation methods are proposed. A mesoporous material is obtained through the reaction of soft template CTAP with various A alkenes. The effect of CTAP-A colloidal solution on MnO2 texture and microstructure has been studied by establishing the relationship between aggregates dimension and pore diameter. Asymmetric devices performances can be optimized this way. Attempts to employ AAO as hard template for developing a performant MnO2 electrode were unsuccessful. Nevertheless, a MnO2 microelectrode containing the oxide on nickel nanowires electrodeposited on AAO provided excellent electrochemical performances, comparable with current microsupercapacitor electrodes. Asymmetric device energy retention with increasing power is good due to the excellent MnO2/nickel nanowires connection. This thesis offers insights on the MnO2 formation and proposes promising microelectrodes for microsupercapacitors.