Ingénierie des polymères conducteurs pour le stockage électrochimique de l’énergie

Engineering of conducting polymers for electrochemical energy storage

• Auteur / Autrice : Rana Abdel Samad
• Direction : Charles Cougnon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Moléculaire et Macromoléculaire
• Date : Soutenance le 07/11/2024
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....) - MOLTECH-Anjou
• Jury : Président / Présidente : Corinne Lagrost
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Gohier, Pierre-Louis Taberna
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Fave, Saïd Sadki
• DOI : 10.70675/59002e11zbcbcz4d60za86czeb59fd94256b

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conducteurs organiques

Énergie -- Stockage

Mots clés libres

Batteries organiques

Dopage p

Dopage n

Porosité

Polymères conducteurs redox

Organic batteries

Conducting polymers

P-Doping

N-Doping

Porosity

Redox

Résumé

Dans le cadre de la transition énergétique, la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles favorise l'essor des énergies renouvelables, dont l’intermittence pose des défis pour la stabilité et la gestion de l’électricité. Dans ce contexte, le développement de dispositifs de stockage électrique plus efficaces devient stratégique. Parmi ces dispositifs, les systèmes électrochimiques connaissent un développement exponentiel, notamment à travers les batteries et les supercondensateurs. Les batteries organiques émergent comme une alternative compétitive aux batteries lithium-ion, en raison de leur faible coût de production et de leur impact environnemental réduit, tout en offrant des performances électrochimiques prometteuses.Ce travail se focalise sur la conception de polymères conducteurs duals, utilisés à la fois comme électrodes positives et négatives dans des dispositifs de stockage entièrement organiques. Des structures réticulées, rigides et ouvertes ont été synthétisées parpolymérisation chimique et électrochimique de monomères en étoile, permettant de contrôler la morphologie des films, ainsi que leurs propriétés texturales et conductrices. En outre, l'optimisation des dopages p et n par l'élaboration de polymères conducteurs redox a permis une augmentation notable de la charge délivrée. La stabilité et l’équilibrage de ces systèmes constituent des enjeux majeurs pour leur intégration comme solutions durables de stockage à long terme.

In the context of energy transition, reducing dependence on fossil fuels promotes the rise of renewable energies, whose intermittency poses challenges for the stability and management of electricity supply. In this context, the development of more efficient electrical storage devices becomes strategic. Among these devices, electrochemical systems are experiencing exponential growth, notably through batteries and supercapacitors. Organic batteries are emerging as a competitive alternative to lithium-ion batteries due to their low production cost and reduced environmental impact, while offering promising electrochemical performance.This work focuses on the design of dual conductive polymers, used as both positive and negative electrodes in fully organic storage devices. Rigid and open reticular structures were synthesized via chemical and electrochemical polymerization of star-shaped four-armed monomers, allowing to control the film morphology and influencing their textural and conducting properties. Furthermore, the optimization of p- and n-type doping through the development of redox conducting polymers resulted in a significant increase of the charge delivered. The stability and balancing of these systems are major challenges for their integration as long-term sustainable storage solutions.