Note ABES Elaboration de matériaux composites oxyde inorganique / carbone pour optimiser leurs performances électrochimiques dans les dispositifs de stockage d'énergie Structural design of inorganic transition metal oxide / carbon composite materials for optimizing their electrochemical performance in energy storage devices Supercondensateur Batteries Li-ion Carbone activé N-dopé Oxydes de manganèse et de fer Supercapacitor Li-ion batteries N-doped activated carbon Manganese and iron oxides 541.3 Supercondensateurs Batteries lithium-ion Oxydes de manganèse Oxydes de fer Le dopage à l’azote de carbone activés microporeux montrèrent des performances électrochimiques en tant qu’électrodes pour supercondensateurs impressionnantes s’élevant à plus de 320 F/g en milieu acide. Cette étude mis en lumière l’atout que constitue le dopage par groupements fonctionnels azotés (ex : pyrrole) pouvant engendrer un stockage de charge additionnel par phénomène de pseudocapacitance. L’utilisation de modèle géométrique simplifié pour la modélisation des données d’impédance montra son utilité pour analyser en profondeur les propriétés d’électrodes carbonés poreux et leurs capacitances mesurées. Différentes observations obtenues par caractérisation in situ par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier par réflectance diffuse à température contrôlée (TD DRIFTS) décrivent l’importance de la complexation de l’ion manganèse(II) dans la préparation de départ. L’ajout de citrate d’ammonium, un fort agent complexant, permet une meilleure uniformité et stabilité tout le long de l’évaporation de solvant, empêchant la formation d’hydroxyde et/ou d’autres sels/complexes métalliques. Des phases pures peuvent être produits, notamment la spinelle Mn3O4 mésoporeux qui montrèrent des capacitances à plus de 100 F/g et 370 μF/cm2 dans un milieu basique aqueux. L’ingénierie de structure de spinelle de fer Fe3O4 fut permise par la méthode de synthèse polyol en nanostructure de type « framboise » creuse ainsi que de composites à base de graphène à quelques couches (FLG). Pour les supercondensateurs, un composite en teneur modérée en Fe3O4 mais non moins faible présenta des capacitances semblables à l’oxyde Mn3O4 avec plus de 350 μF/cm2 atteignables. En tant que matériaux d’électrodes de type réaction de conversion, de très haute capacité à hauteur de 923 mAh/g furent atteintes avec une rétention de cycles améliorée par l’apport de FLG, servant de support électroniquement conducteur et empêchant l’isolation des particules métalliques de fer, améliorant la réversibilité de la réaction de conversion. Nitrogen doping of microporous activated carbon showed impressive electrochemical performances as electrodes for supercapacitors, reaching over 320 F/g in acidic media. This study highlighted the advantage of doping with nitrogen-containing functional groups (e.g. pyrrole), which can generate additional charge storage through pseudocapacitance. The use of a simplified geometric model to fit impedance data demonstrated its usefulness for in-depth analysis of the properties of porous carbon electrodes and their measured capacitances. Various observations obtained by in situ characterization using temperature-controlled diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (TD-DRIFTS) describe the importance of manganese(II) ion complexation in the starting preparation. The addition of ammonium citrate, a strong complexing agent, provides greater uniformity and stability throughout solvent evaporation, preventing the formation of hydroxide and/or other metal salts/complexes. Pure phases can be produced, notably mesoporous Mn3O4 spinel, which showed capacitances in excess of 100 F/g and 370 μF/cm2 in an aqueous basic medium. The engineering of Fe3O4 iron spinel structures was enabled by the polyol synthesis method in hollow "raspberry"-shaped nanostructures, as well as few-layer graphene composites (FLG). For supercapacitors, a composite with a moderate but low Fe3O4 content showed capacitances similar to Mn3O4 oxide, with over 350 μF/cm2 achievable. As conversion reaction electrode materials, very high capacities of up to 923 mAh/g were achieved, with cycle retention enhanced by the addition of FLG, serving as an electronically conductive support and preventing the isolation of iron metal particles, improving the reversibility of the conversion reaction. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 15777711 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2024/Karakoc_Taylan_2024_ED222.pdf http://www.theses.fr/2024STRAF053/abes https://theses.hal.science/tel-04958486 https://theses.hal.science/tel-04958486 https://theses.hal.science/tel-04958486 Karakoç Taylan 1998-11-24 FR 283099445 1509016474Y 21600883 4200003 https://theses.fr/2024STRAF053 2024STRAF053 https://doi.org/10.70675/5594ea5bzc4a3z4cd9za496z425bf7565692 2024-10-11 Chimie-physique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Bégin Dominique MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 147306353 Pronkin Sergey MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 264392027 Matei Ghimbeu Camelia MADS_PRESIDENT_DU_JURY 131490389 Fleischmann Simon MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 283100893 Doerts Thomas MADS_RAPPORTEUR_1 283099879 Roth Christina MADS_RAPPORTEUR_2 175812950 École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 222 156504081 Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 255208 157548457 ddc:540 Bégin Dominique Pronkin Sergey Matei Ghimbeu Camelia Fleischmann Simon Doerts Thomas Roth Christina École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....) Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....) PDF 15777711