Thèse soutenue

Supercondensateurs à haute énergie et pseudo-supercondensateurs à base de matériaux dopables p et n
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Auteur / Autrice : Corentin Querne
Direction : Mathieu PinaultPierre-Henri AubertPhilippe Banet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 10/03/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Hynd Remita
Examinateurs / Examinatrices : Catherine Debiemme-Chouvy, Sandrine Berthon-Fabry, Costel-Sorin Cojocaru
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Debiemme-Chouvy, Sandrine Berthon-Fabry

Résumé

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Ces travaux ont porté sur l’élaboration d’électrodes de supercondensateur à base de nanotubes de carbone verticalement alignés. Ce matériau, présente en effet des propriétés de stockage très intéressantes mais des progrès peuvent encore être réalisés, notamment pour augmenter leur énergie. Lors de cette thèse, trois voies innovantes et originales ont été explorées afin d’augmenter les performances de ces électrodes. Dans un premier temps, la croissance des VACNT/Al longs et denses par CVD a été transposée avec succès vers une nouvelle nuance d’aluminium plus intéressante pour les développements industriels futurs tout en conservant les propriétés intrinsèques des VACNT en terme de longueur et densité. L’influence de l’épaisseur et de la masse volumique sur les performances électrochimiques a été discutée. Dans un second temps,l’intérêt de l’insertion d’hétéroatomes a été étudiée. Celle-ci a été réalisée par deux voies: le dopage par l’azote durant la croissance et la fonctionnalisation par post-traitement d’amination et d’oxydation des VACNT/Al. L’insertion d’hétéroatomes a été validée et desgains de capacitances ont été observés, ce qui confirme l’intérêt du dopage et de la fonctionnalisation des nanotubes. Enfin, des polymères conducteurs, le p3MT et un dérivé donneur/accepteur du p3MT ont été synthétisés et caractérisés pour réaliser des électrodes négatives basées sur le dopage n du polymère. Ils ont ensuite été associés aux VACNT/Al longs et denses. Ces travaux ont montré le double avantage de la nanostructuration et de l’insertion de l’accepteur dans l’optique de réaliser des électrodes négatives performantes et stables. Des supercondensateurs de type III ont alors pu être réalisés à partir de ces électrodes composites et démontrent des performances remarquables.