Etude de melanges de polymeres conducteurs electroniques et ioniques comme materiaux d'electrode : synthese chimique et caracterisation

par CHRISTELLE BARTHET

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de P. ALDEBERT.

Soutenue en 1995

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Ce travail est consacre a la synthese chimique et aux caracterisations physico-chimiques et electrochimiques de melanges de polymeres conducteurs ionique ou electronique destines a une utilisation en tant que materiaux d'electrode. Nous avons associe le polypyrrole et la polyaniline (pani) a deux types de polymeres conducteurs ioniques: le nafion et le polyoxyde d'ethylene (poe) complexe a un sel de lithium. Dans un premier temps, nous avons selectionne la polyaniline preferentiellement au polypyrrole du fait de sa solubilite dans la n- methyl pyrrolidinone permettant d'obtenir des melanges homogenes de polymeres en solution. Les differents methodes de caracterisation physico-chimiques utilisees ont fourni une image des composes a differentes echelles. Les cliches de microscopie electronique a transmission du materiau pani/nafion mettent en evidence les ilots de pani de 20 a 30 nm de diametre disperses dans la matrice de l'ionomere. Nous n'avons pu obtenir un contraste suffisant entre les deux polymeres dans le compose pani/poe. Neanmoins, l'imbrication des deux polymeres semble attestee par les etudes par spectroscopie ir-tf et calorimetrie differentielle a balayage. Malgre les contraintes steriques imposees par la structure de l'ionomere, le taux de dopage de la pani par les groupements sulfonates peut atteindre 0,4. Cependant, les limitations de ce compose pour une utilisation en tant que materiau d'electrode sont nombreuses. A sa faible conductivite electronique s'ajoutent une mauvaise electroactivite et une masse inactive importante compromettant l'obtention de fortes capacites massiques. L'activite electrochimique du materiau pani/poe est superieure a celle du compose precedent. Nous avons determine un domaine de compositions optimales, compris entre 30 et 60% en masse de poe dans l'electrode polymere, dans lequel une conductivite electronique superieure a 10#-#2s / cm se combine a une plus grande accessibilite aux ions des sites electroactifs du pce. Le compose pani/poe, capbale de delivrer des capacites massiques superieures a 150 ah / kg de pani, a ete teste comme materiau d'electrode dans un montage bipolaire appele supercapacite. Enfin, nous avons essaye de substituer le melange pani/poe au carbone utilise pour la conduction electronique entre les particules de mno#2, oxyde metallique employe comme materiau actif dans les batteries au lithium. L'etude preliminaire a montre que l'electroactivite du mno#2 est preserve malgre son inclusion dans la matrice polymere, ce qui implique que la pani joue son role de relais d'electrons entre les particules d'oxyde


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  • Détails : 156 P.
  • Annexes : 247 REF.

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