Oxydes polycationiques pour supercondensateur à haute densité d'énergie volumique

par Pierre Lannelongue

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Frédéric Favier et de Thierry Brousse.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) et de AIME - Agrégats, Interfaces, Matériaux pour l'Energie (equipe de recherche) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    Contexte: Les supecondensateurs commerciaux sont majoritairement à base d'électrodes en carbone poreux de grande surface spécifique opérés en électrolytes organiques. Leur performances en terme de puissance et de cyclabilité sont remarquables. A contrario, l'usage d'électrolytes de type acétonitrile et carbonate de propylène reste dangereux et la faible densité volumique des matériaux d'électrode (~1 g/cm3) limite fortement leur densité d'énergie volumique. Le contexte de cette thèse concerne la substitution du carbone par des oxydes pseudocapacitifs (>100 F/g) de grande densité volumique (>5 g/cm3) pouvant être cyclés en milieu aqueux sur plusieurs centaines de milliers de cycles (>100 000 cycles). Objectifs: - Synthèse par chimie douce d'une série d'oxydes complexes et de nanocomposites oxyde/carbone de grande surface spécifique. - Caractérisation physico-chimique et électrochimique des matériaux d'électrodes préparés. - Fabrication de prototypes industriels de type 18650 à base des matériaux les plus prometteurs. Description du travail: - Lors de la première année de thèse, le système MnO2/Na2SO4aq/Fe3O4 sera étudié et comparé aux dispositifs carbone activé/NEt4BF4acétonitrile/carbone activé de l'état de l'art. Les premiers oxydes et nanocomposites seront synthétisés. - Pendant la deuxième année, les techniques de synthèse seront optimisées et généralisées. Les matériaux préparés seront caractérisés et une comparaison des performances électrochimiques sera systématiquement réalisées - Les matériaux les plus performants seront sélectionnés pour leur intégration dans des dispositifs prototypes

  • Titre traduit

    Polycationic oxides for supercapacitor with high volumetric energy density


  • Résumé

    Context : Commercial supercapacitors are mainly based on porous carbon electrodes with high specific surface area operating in organic electrolytes. Their performance in termes of power and cycle life are remarkable. However, the use of electrolytes as acetonitrile and propylene carbonate is not safe and the low density of electrode materials (~ 1 g/cm3) strongly limits the volumetric energy density. The context of this PhD concerns the carbon substitution by oxides with high pseudocapacitance (> 100 F/g), high density (> 5g/cm3) and a fair cycle life about hundreds of thousands cycles in aqueous medium (> 100 000 cycles) Objectives : - Synthesis of complex oxides and oxide/carbon nanocomposites with high specific surface area by soft chemistry. - Physico-chemical and electrochemical characterisations of electrode materials prepared. - Manufacture of industrial prototype type 18650 based on the most promising materials. Work description : - During the first year, the MnO2/Na2SO4aq/Fe3O4 system will be studied and compared with activ carbon/ NEt4BF4acetonitrile/activ carbon devices from the state of the art. First oxides and nanocomposites will be synthesized. - During the second year, synthesis techniques will be optimized and widespread. Materials prepared will be characterised and the electrochemical performances will be systematically compared. - The most efficient materials will be chosen and incorporated in a prototype device.