Carbon/MnO2Nanocomposites prepared by chemical grafting : synthesis, characterisation and electrochemical performance

par Claudia Ramirez-Castro

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Electrochimie

Sous la direction de Thierry Brousse et de Olivier Crosnier.

Soutenue en 2012

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Electrochemical capacitors (ECs) are energy storage devices which have recently attracted much attention since they can complement or replace batteries in several applications. One of the main challenges is the development and improvement of the different components of the device (electrode material, electrolyte and separator). As electrode material in ECs, manganese dioxide (MnO2) has been extensively studied in the last decade due to its low cost, low toxicity and its promising electrochemical properties, however, its low electrical conductivity remains a problem in high power applications. Here, in an attempt to improve the performance of MnO2, the bridging of this material to carbon through a phenyl group by the diazonium chemistry technique is proposed. For this purpose, different crystallographic forms of MnO2 were studied and characterized. The bridging of carbon and MnO2 was successful and the results show that the nature of MnO2 is extremely important. A highly disordered structure results in a high concentration of lattice defects and active sites, thus giving the best conditions to get a chemical link between the studied materials. The electrochemical experiments show an improvement in the performance of bridged MnO2 and carbon in terms of power density, due to a better electron transfer through the composite material. In terms of cycling stability, an early loss in the capacity retention of the bridged material upon cycling occurs and can be attributed to the phenyl group which links MnO2 and carbon. This original approach offers new perspectives in the improvement of the electrochemical behaviour of materials used in energy storage devices.

  • Titre traduit

    Carbon/MnO2 Nanocomposites prepared by chemical grafting : synthesis, characterizations and electrochemical performance


  • Résumé

    Les condensateurs électrochimiques sont des dispositifs de stockage de l’énergie qui ont récemment attiré beaucoup d'attention car ils peuvent compléter ou remplacer les batteries dans plusieurs applications. L'un des défis principaux est le développement et l'amélioration des différentes composantes du dispositif (électrolyte, séparateur et matériaux d'électrode). Parmi ces derniers, le dioxyde de manganèse (MnO2) a été largement étudié en raison de son faible coût, sa faible toxicité et de ses propriétés électrochimiques prometteuses. Cependant, sa faible conductivité électrique reste un problème pour des applications de haute puissance. Dans le but d'améliorer les performances de MnO2, le pontage de ce matériau au carbone par un groupement phényl par la technique de la chimie de diazonium est proposé. Le pontage carbone/MnO2 a été réalisé sur différents formes cristallographiques de MnO2. Une structure très désordonnée, avec une forte concentration de défauts de réseau et des sites actifs, offre les meilleures conditions pour obtenir un lien chimique entre les matériaux étudiés. Les expériences électrochimiques montrent une amélioration des performances de MnO2 ponté au carbone en termes de densité de puissance, grâce à un meilleur transfert d'électrons dans le matériau composite, même si, en termes de stabilité du cyclage, une perte précoce de la capacité du matériau ponté se produit. Cette approche originale offre de nouvelles perspectives dans l'amélioration du comportement électrochimique des matériaux utilisés dans les dispositifs de stockage de l’énergie.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (216 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 207-216

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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