Elaboration de matériaux composites oxyde inorganique / carbone pour optimiser leurs performances électrochimiques dans les dispositifs de stockage d'énergie
Langue Anglais
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Auteur : Karakoç, Taylan
Date de soutenance : 11-10-2024

Directeur(s) de thèse : Bégin, Dominique - Pronkin, Sergey

Président : Matei Ghimbeu, Camelia
Rapporteur(s) : Doerts, Thomas - Roth, Christina
Membre(s) du jury : Fleischmann, Simon

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
École doctorale : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
 
Discipline : Chimie-physique
Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres : Supercondensateur, Batteries Li-ion, Carbone activé N-dopé, Oxydes de manganèse et de fer
Mots-clés :
  • Supercondensateurs
  • Batteries lithium-ion
  • Oxydes de manganèse
  • Oxydes de fer
Résumé : 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.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2024STRAF053
Type de ressource : Thèse