Optimisation d'électrodes à base de VACNT sur collecteur d'aluminium pour supercondensateurs de hautes performances

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• Auteur / Autrice : Cédric Desgranges
• Direction : François Tran-Van, Fouad Ghamouss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie des matérieaux. Electrochimie
• Date : Soutenance le 12/07/2019
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Richard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Athouël, Martine Mayne-L'Hermite
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Saïd Sadki, Catherine Debiemme-Chouvy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymérisation

Alliages aluminium-lithium

Étanchéité

Électrochimie

Polythiophènes

Polymères conjugués

Accumulateurs au lithium-polymère

Supercondensateurs

Nanotubes

Énergie -- Stockage

Mots clés libres

Li4Ti5O12

Nanotube de carbone verticalement alignés

Polymères conjugués

Lithium ion

Poly(3-méthylthiophène)

Supercapacitors

Carbon nanotubes

Conjugated polymers

Lithium ion

Résumé

Ce travail de thèse étudie la valorisation d'électrodes de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sur aluminium à travers différentes configurations de supercondensateurs pour le stockage de l'énergie. Dans une première partie, des supercondensateurs symétriques tout nanotubes déposés sur aluminium ont démontré une cinétique rapide de stockage à travers le tapis nanostructuré atteignant des puissances moyennes de 400kW.kg-1 dans un électrolyte Et4NBF4 à 1 mo1.L-1 dans l'acétonitrile. L'ajout d'un carbone additionnel au sein des tapis a permis d'augmenter la capacitance surfacique des électrodes jusqu'à 405 mF.cm-² soit presque un ordre de grandeur supérieur. Dans une seconde partie, des électrodépôts de poly(3-methylthiophène) ont été réalisé sur des supports VACNT/A1 dans un électrolyte équimassique (EMIM] [BF4] / acétonitrile optimisé afin d'augmenter la quantité de charge stockée par le tapis de nanotubes (800 mF.cm-²). Trois configurations ont été testées. Un système asymétrique P3MT/VACNT//carbone activé dont les performances (27Wh.kg-1, 40kW.kg-1) dépassent en tout point le supercondensateur standard à base de CA. Un système hybride P3MT/VACNT//graphite (163 Wh.kg-1, 1,4 kW.kg-1) qui permet d'obtenir la plus forte énergie et enfin un système hybride P3MT/VACNT//LTO (44 Wh.kg-1, 3kW.kg-1) dont les performances sont intermédiaires.

This work focuses on vertically aligned carbon nanotubes grown on anuminium substrate as electrodes materials for supercapacitors with high performances. In a first place, symmetric supercapacitors has delivered a very high powwer density of 400 kW.kg-1 in a classical electrolyte composed of Et4NBF4 in acetonitrile at 1 mo1.L-1 showing very fast kinetics inside the carpet. The deposition of an additional carbon inside the carpet has increased the areal capacitance of one order magnitude (405 mF.cm²). In a seconde place, electrodeposition of poly(3-methylthiophène) has been realized in a mixture of (EMIM] [BF4] and acetonitrile (1/1wt) in order to increase the capacitance of the nanotubes (800 mF.cm-²). Three configurations has been tested. An asymmetric one composed of P3MT/VACNT activated carbon that reach (27Wh.kg-1, 40kW.kg-1) that exceeds the standard supercapacitor in every poinit. An hybrid system P3MT/VACNT/graphite (163 Wh.kg-1, 1,4 kW.kg-1) that showed the best energy density and finally an hybrid P3MT/VACNT/LTD (44 Wh.kg-1, 3kW.kg-1) whose performances are intermediates.