Matériaux à base de carbone pour la conversion et le stockage d'énergie électrochimique et chimique

Carbon based materials for electrochemical and chemical energy conversion and storage

• Auteur / Autrice : Wei Wang
• Direction : Cuong Pham-Huu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse hétérogène
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Louis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cuong Pham-Huu, Benoît Louis, Krijn Pieter de Jong, Andrei Khodakov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Krijn Pieter de Jong, Andrei Khodakov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone -- Couches minces

Stockage d'énergie électrochimique assisté par flux

Méthanisation

Catalyseurs au nickel

Supercondensateurs

Mots clés libres

Matériaux carbonés

Supercondensateur

Méthanation de CO2

Chauffage par induction

Carbon materials

Supercapacitor

CO2 methanation

Induction heating

Résumé

La conversion et le stockage de l'énergie ont toujours été les deux problèmes critiques de la société humaine. Dans la présente thèse, nous nous concentrons sur le développement de matériaux carbonés durables pour le stockage d'énergie électrochimique (supercondensateurs) et des catalyseurs au nickel supportés pour la conversion et le stockage d'énergie chimique (méthanation de CO2). Deux structures de carbone différentes dérivées de la biomasse (mousse de carbone hiérarchisée et feuille nanométrique de carbone de type graphène) ont été développées pour les applications en supercondensateurs. Parallèlement, un catalyseur à base de nickel supporté sur du carbone (Ni/OCF) a été mis au point pour la méthanation du CO2 avec une performance catalytique améliorée grâce au chauffage inductif (IH). La capacité de régulation rapide du système IH pour éviter le problème d'emballement de la température a également été étudiée à l'aide d'un catalyseur au nickel sur support d'alumine.

Energy conversion and storage have always been the two critical issues for human society. In this thesis, we focus on the development of sustainable carbon materials for effective electrochemical energy storage, especially for supercapacitors, and supported nickel catalysts for chemical energy conversion and storage, mainly on CO2 methanation. Two different biomass derived carbon structures, i.e. hierarchical carbon foam and graphene-like carbon nanosheets, have been synthesized and applied for supercapacitor. Exceptional electrochemical performances have been obtained. Meanwhile, nickel decorated macroscopic shape catalyst (Ni/OCF) has been developed for CO2 methanation with enhanced catalytic performance powered by electromagnetic induction heating (IH). The rapid energy regulation capability of IH system to jugulate the problem of temperature runaway has also been investigated in the last part using powdered alumina supported nickel catalyst for this exothermic reaction.