Elaboration et caractérisation d'électrodes VACNT/MnO2 pour application aux supercondensateurs hybrides

Development and characterization of VACNT/MnO2 electrodes and application to supercapacitors

• Auteur / Autrice : Baptiste Pibaleau
• Direction : François Tran-Van, Mathieu Pinault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/12/2018
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Hubert Perrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fouad Ghamouss, Martine Mayne-L'Hermite, Pierre Legagneux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Favier, Catherine Journet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse électrochimique

Alliages aluminium-manganèse

Énergie -- Stockage

Matières d'enrobage (électronique)

Matériaux -- Effets des basses températures

Nanoparticules

Dépôt électrolytique

Électrodes de carbone

Oxydes de manganèse

Nanotubes

Matériaux hybrides

Supercondensateurs

Mots clés libres

Nanotubes de carbone verticalement alignés

Croissance basse température sur aluminium

Oxydes de manganèse

Matériaux d'électrode

Supercondensateur asymétrique

Stockage de l'énergie

Vertically aligned carbon nanotubes

Low temperature growth on aluminum

Manganese oxides

Electrode materials

Asymmetric supercapacitor

Energy storage

Résumé

Les travaux de cette thèse ont porté sur l'élaboration, l'optimisation et l'étude d'électrodes composites de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sur un collecteur d'aluminium et modifiés par l'oxyde de manganèse (MnO₂). Les VACNT synthétisés par voir CVD à basse température (580°C:) directement sur le collecteur ont permis d'obtenir des tapis de NTC parfaitement alignés d'une épaisseur allant de 20 à 80 µm et possédant des densités de 10¹¹ NTC.cm² et dont le taux de catalyseur (Fe) est inférieur à 1%. Leur modification par du MnO2 permet d’accroître leur capacité de stockage électrochimique. Afin de réaliser un enrobage optimal des VACNT par le MnO₂, différents précurseurs de l'oxyde ainsi que diverses méthodes(dépôts électrochimiques, chimiques, CVD) ont été utilisées et optimisées. Les composites élaborés ont ensuite été étudiées en tant que matériau d'électrode pour la réalisation de supercondensateurs asymétriques eu milieux aqueux.

This thesis was focused on the development, optimization and study of composite electrodes of vertically aligned carbon nanotubes (VACNT) on an aluminum collector and modified with manganese oxide (MnO₂).VACNT were synthesized by a CVD process at low temperature (580° C) directly on the collector. Perfectly aligned CNT forest with a thickness of 20 to 80 μm were obtained with high densities of 10¹¹ NTC.cm² and whose catalyst (Fe) content is less than 1%. Their modification with MnO₂ increase their electrochemical storage capacity. In order to achiew optimal coating of VACNT by MnO₂, different precursors of the oxide and various methods ( electrochemical, chemical, CVD) were used and optimized. Composites were studied as electrode material for the realization of asymmetric supercapacitors in aqueous media. In addition, structurals, morphologicals and electrochemicals analyzes carried out on the different materials allowed a better understanding of the role of the elaboration's conditions on the properties of the VACNT/MnO₂ composites obtained.