Étude de l'adsorption des ions dans des carbones microporeux : application aux supercondensateurs

par Julie Segalini

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Patrice Simon et de Pierre-Louis Taberna.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    En utilisant des Carbones Dérivés de Carbures (CDCs), qui ont une distribution de taille de pore étroitement contrôlée de 0,6 à 1 nm, comme matériaux modèles pour les électrodes de supercondensateur, une augmentation de 50% de la capacité a récemment été obtenue. Cette augmentation est maximale lorsque la taille des pores de carbone est très proche de celle des ions de l'électrolyte. De plus, il a été mis en évidence que les ions de l'électrolyte sont au moins partiellement désolvatés dans les pores inférieurs à 1 nm. A partir de ces résultats, l'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes d'adsorption/désorption des ions dans l'espace confiné des pores de carbone sub-nanométriques (<1 nm). L'étude de la relation taille des pores/taille des ions, en utilisant différents couples électrode de CDC/électrolyte a montré que le transport des ions de l'électrolyte n'est pas entravé dans les pores de carbone inférieurs à 1 nm, si la taille des pores est de l'ordre de la taille effective des ions dans les pores. De plus, il a été mis en évidence que lors de l'adsorption des ions dans des petits pores (~0,7 nm), le comportement capacitif de l'électrode est limité par un effet stérique et non par la saturation de la surface des pores de carbone comme suggéré dans la littérature. Par ailleurs, l'étude du comportement capacitif des électrodes de CDCs dans un liquide ionique solvaté a mis en évidence que la désolvatation des ions entraine une extra-capacité de 30%. Parallèlement aux caractérisations électrochimiques, la spectroscopie RMN in situ a montré qu'il existe de fortes interactions ions - carbone à la surface des électrodes chargées du supercondensateur.

  • Titre traduit

    Study of ion adsorption into microporous carbons for supercapacitor applications


  • Résumé

    Using Carbide Derived Carbons (CDCs), which have a narrow and controlled pore size distribution between 0. 6 and 1 nm, as model material for supercapacitor electrodes, a capacitance increase of 50% was recently achieved. This result was obtained when the carbon pore size is very close to the electrolyte ion size. Moreover, it was evidenced that the ions are at least partially desolvated to enter pores below 1 nm. From these results, the aim of this work is based on understanding of adsorption/desorption of the ions inside sub-nanometer (<1 nm) pores. The study of pore size/ion size relationship, using different couples CDC electrode/electrolyte, showed that the ion transport is not hindered in carbon pores below 1 nm as long as their size remains in the same order as the effective ion size within the pore. Moreover, it was evidenced that for ion adsorption in small pores (~0. 7 nm), the capacitive behaviour of the electrode is limited by a steric effect and not by a saturation of the carbon pores surface as suggested in the literature. Besides, the capacitive behaviour of CDC electrodes in a solvated ionic liquid electrolyte evidenced that the desolvation of ions leads to an extra-capacitance of 30%. Additionally to electrochemical characterizations, in situ NMR spectroscopy showed strong ion - carbon interactions at the surface of charged electrodes in supercapacitor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 199-203

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0164
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