Utilization de matériaux lignocellulosiques et d'impression 3D pour élaborer des structures contuctrices

par Ying Shao

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Davide Beneventi et de Didier Chaussy.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (laboratoire) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    Ces trois années de travail ont permet l'élaboration de structures de carbone fonctionnelles qui pourraient être utilisées commet réseau conducteur dans les électrodes de dispositif de stockage d'énergie. Grâce à une porosité contrôlable, une faible densité ainsi qu'une conductivité électrique élevée, ce matériau apparait comme un candidat idéal pour la fabrication d'électrodes structurées à haute capacité spécifique. En outre, ce travail propose une nouvelle façon d'élaborer des électrodes en utilisant le procédé d'impression 3D. À l'avenir, les électrodes pourraient être imprimées directement en utilisant une imprimant 3D à deux têtes : l'une pour imprimer le matériau ‘d'accueil' l'autre pour déposer des composants actifs. Par ailleurs, ces travaux de thèse permettent de promouvoir l'utilisation de matériaux lignocellulosiques dans les dispositifs de stockage d'énergie comme ‘matériaux actifs'.

  • Titre traduit

    Use of lignocellulosic materials and 3D printing for the elaboration of conductive carbon strutures


  • Résumé

    In the present work, electrically conductive and mechanically resistant carbon structures are elaborated by 3D printing and subsequent pyrolysis using microfibrillated cellulose/lignosulfonate/cellulose powder (labeled as MFC/LS/CP) blends. The processability of MFC/LS/CP slurries by 3D printing is examined by rheological tests in both steady flow and thixotropic modes. The printed MFC/LS/CP pastes are self-standing with a high printing definition and are proved to be morphologically stable to air drying and the subsequent pyrolysis. Pyrolysis at a slow rate (0.2°C min-1) to a final temperature range of 400-1200°C is used to manufacture MFC/LS/CP carbons. TGA/DTG is applied to monitor the thermal degradation of MFC/LS/CP materials in blends as well as in a separated form. The resulting carbons are further characterized in terms of morphology, microstructure and physical properties (such as density, electrical conductivity and mechanical strength). At 900°C, MFC/LS/CP carbons display a high electrical conductivity of 47.8 S cm-1 together with a low density of 0.74 g cm-3 as well as an important porosity of 0.58. They also achieve an elastic modulus maximum of 6.62 GPa. Such interesting electrical and mechanical properties would lead to a promising application of MFC/LS/CP- derived biocarbons in energy storage devices as electrode materials in close future.