Matériaux carbonés nanostructurés dérivés de tanin pour électrodes de supercondensateurs

Nanostructured carbon materials derived from tannin as electrodes for supercapacitors

• Auteur / Autrice : Jimena Castro Gutiérrez
• Direction : Vanessa Fierro, Alain Celzard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/11/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : David Farrusseng
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vanessa Fierro, Alain Celzard, Elena R. Savinova, Philippe Poulin, Maria Concepción Ovin Ania
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elena R. Savinova, Philippe Poulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Supercondensateurs

Carbones poreux

Tanins

Mécanosynthèse

Mots clés libres

Tanin

Mécanosynthèse

Carbones mésoporeux

Supercondensateurs

Tannin

Mechanosynthesis

Mesoporous carbons

Supercapacitors

Résumé

Dans cette thèse, les propriétés physico-chimiques des carbones mésoporeux dérivés du tanin ont été étudiées et leurs performances électrochimiques en tant qu’électrodes pour des supercondensateurs (SC) ont été évaluées dans des électrolytes aqueux et organiques. L’objectif principal de cette étude était de développer une méthode de synthèse des carbones mésoporeux rapide, facile et respectueuse de l’environnement. Une nouvelle méthode de mésostructuration mécanochimique, assistée par l’interaction de l’eau avec un tensioactif, en une seule étape (SWAMM) a été développée et optimisée. Elle a permis de produire des carbones mésopororeux ordonnés et désordonnés (CMO et CMD, respectivement), uniquement en ajustant le rapport pondéral entre le tensioactif et l’eau. L’activation physique ou chimique des CMO et des CMD a permis d’améliorer les propriétés texturales des matériaux, ce qui a entraîné de bonnes performances des SC, même à des taux de charge élevés, dans des électrolytes aqueux et organiques. La caractérisation approfondie de ces nouveaux matériaux a également permis de mieux comprendre l’effet de l’ordre et de la connectivité de la structure micro-mésoporeuse sur le développement des propriétés texturales par les différents processus d’activation et, par conséquent, sur les performances électrochimiques des SC assemblés.

In this thesis, the physicochemical properties of tannin-derived mesoporous carbons were studied and their electrochemical performance as electrodes for supercapacitors (SCs) was evaluated in aqueous and organic electrolytes. The main objective of this study was to develop a fast and easy, and environmentally friendly method for the synthesis of mesoporous carbons. A novel surfactant-water-assisted mechanochemical mesostructuration (SWAMM) one-pot method was developed and optimized to produce ordered and disordered mesoporous carbons (OMCs and DMCs, respectively), only by adjusting the surfactant to water weight ratio. Further physical or chemical activation of both OMCs and DMCs improved the textural properties of the materials that resulted in good SC performance, even at high charging rates, in aqueous and organic electrolytes. The in-depth characterization performed for these new materials has also led to a better understanding of the effect of order and connectivity of the micro-mesoporous structure on the development of textural properties by the different activation processes and, consequently, on the electrochemical performance of the assembled SC.