Synthèse par infiltration chimique en phase vapeur de carbones microporeux moulés sur matériaux modèles : application aux électrodes de supercondensateurs

Microporous carbon synthesis for supercapacitors applications

• Auteur / Autrice : Sara Amar
• Direction : Alain Pénicaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 18/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Zakri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Jean-Marc Pellenq, Alain Derré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Brun, Catherine Journet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Supercondensateurs

Zéolites

Carbone

Mots clés libres

Carbone

Zéolithe

Supercondensateur

Infiltration chimique en phase vapeur

Monolithe de silice

Zeolite-Templated Carbon

Micropores

Combustion

Carbon

Zeolite

Supercapacitors

Chemical vapor deposition

Silica monoliths

Zeolite-Templated Carbon

Micropores

Combustion

Résumé

L’infiltration chimique en phase vapeur (CVI) d’un hydrocarbure dans un tamis moléculaire est une technique de synthèse utilisée dans le but de générer une structure cristalline du carbone à ce jour purement théorique : la Schwarzite. Cette structure est en effet pressentie comme un matériau d’avenir pour les électrodes de supercondensateurs, mais de nombreux défis technologiques restent encore à relever pour démocratiser cette méthode de synthèse. Les tamis moléculaires, que l’on nomme ici « matériaux modèles », utilisés dans ce travail de thèse sont la zéolithe et les monolithes de silice, qui ont été choisis pour leurs remarquables propriétés d’adsorption. Les matériaux modèles servent ici de moule (« template ») : on cherche à en infiltrer les pores avec des atomes de carbone afin de générer un « négatif » de sa structure. L’idée est d’obtenir, après dissolution de la zéolithe (ou de la silice) à l’acide fluorhydrique, un matériau uniquement composé de carbone de porosité tridimensionnelle, avec une taille des pores nanométrique et une grande surface spécifique.

Chemical vapor infiltration (CVI) of a hydrocarbon in a molecular sieve is a synthesis technique used to generate a crystalline structure of carbon that remains up to now purely theoretical : Schwarzite. This structure has indeed been foreseen as a promising material to manufacture electrodes for supercapacitors. Nonetheless, many technological challenges still have to be overcome in order to make this synthesis technique more accessible. The molecular sieve, referred to as « model material », that were selected for this study are zeolite and silica monolith, for their extraordinary adsoption properties. The model materials are used as templates : the aim is to replicate its structure by infiltrating carbon atoms inside the nanopores. The idea is to obtain, after zeolite, or silica, dissolution by means of hydrofluoric acid treatment, a material that is exclusively composed of carbon, with a 3D porosity network consisting of nanometric pores and thus displaying a high specific surface.