Apport des liquides ioniques aprotiques à la sécurité des électrolytes pour supercondensateurs

par Thamra Abdallah

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Daniel Lemordant et de Bénédicte Claude-Montigny.

Soutenue le 28-06-2012

à Tours , dans le cadre de École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec SST/12EA 6299 - /PCM2E - Physico-Chimie des Matériaux et les Electrolytes pour l'Energie (équipe de recherche) .

Le président du jury était Fannie Alloin.

Le jury était composé de Stéphane Laruelle, Johan Jacquemin, Magdalena Bendova.

Les rapporteurs étaient Gérard Gebel, Stéphane Laruelle.


  • Résumé

    L‟acétonitrile (ACN) peut être considéré comme le solvant de référence utilisé dans les électrolytes pour supercondensateurs car, industriellement, il est le plus utilisé. Il présente en effet de nombreux avantages tels qu‟une viscosité faible et une permittivité élevée, conduisant à une excellente conductivité en présence d‟un sel. Il est cependant hautement volatile, très inflammable et toxique quand il brûle (dégagement de HCN). Ainsi, dans le but de réduire sa pression de vapeur, et donc le risque d‟inflammabilité, il peut être mélangé à un liquide ionique (LI) qui lui est non volatile. Le but de ce travail est de remplacer l‟électrolyte classique des supercondensateurs à base de ACN et de sel de tétraethylammonium tétrafluoroborate (ACN + 1M Et4N+BF4-) par un mélange LI/ACN. Pour ce faire, l‟étude physico-chimique, électrochimique et thermodynamique des mélanges LI/ACN est entreprise. Dans un premier temps, les liquides ioniques ont été synthétisés et caractérisés par différentes techniques d‟analyses physico-chimiques. Ensuite des mélanges LI/ACN ont été formulés. Ces mélanges ont subi des tests de sécurité (tests préliminaires d‟inflammabilité, mesures de point flash) afin de trouver le mélange optimal. Les phénomènes de transport dans ces mélanges ont été aussi étudiés afin de comprendre leur comportement en température. Par ailleurs, l‟étude électrochimique menée sur ces mélanges a montré qu‟il n‟y avait pas de dégradation des performances électrochimiques par comparaison à l‟électrolyte classique. Enfin l‟étude de l‟équilibre liquide vapeur à partir de modèles thermodynamiques semi-prédictifs comme UNIQUAC ou prédictifs comme Cosmo-RS a permis de déterminer les grandeurs d‟excès.

  • Titre traduit

    Contribution of aprotic ionic liquids to the safety of supercapacitors electrolytes


  • Résumé

    Acetonitrile (ACN) is the most popular solvent in electrolytes designed for use in supercapacitors. It presents many advantages such as a low viscosity and a high permittivity, leading to excellent conductivities in the presence of salts. However it is highly flammable and very toxic when burning (release of HCN ). Thus, in order to reduce its vapor pressure and hence its flammability we propose to mix it with an ionic liquid (IL). As ILs are non volatile compounds, the vapor pressure of the mixture will be reduced (Raoult‟s law). In addition many other benefits may be expected from these mixtures. The aim of this work is to replace the conventional ACN and Et4NBF4 based electrolyte for supercapacitors by a IL/ACN mixture. Thus, the physico-chemical, electrochemical and thermodynamical studies of IL/ACN mixtures have been undertaken. Synthesized and commercial ILs are characterized by mean of different physico-chemical analysis. Then IL/ACN mixtures were formulated. These mixtures were tested for safety (preliminary flammability tests, flash point measurements) and the optimal mixture determined. Transport phenomena in these mixtures were also studied to understand their behavior in response to temperature. Furthermore, the electrochemical study conducted on these mixtures showed that there was no degradation of the electrochemical performances as compared to the conventional electrolyte. Finally the study of vapor liquid equilibrium from semi-predictive thermodynamic models like UNIQUAC or predictive models like Cosmo-RS allowed us to determine the excess properties.


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