Etude des dynamiques d'électrolytes à base de liquides ioniques redox pour une application en supercondensateur

par Charlotte Bodin

Thèse de doctorat en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Frédéric Favier et de Olivier Fontaine.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) .


  • Résumé

    Les électrolytes sont au cœur des batteries et des supercondensateurs et leur rôle premier est de conduire les ions, et même si leurs spécifications sont en fait plus complexes : stabilité chimique, grande tension de cellule, conductivité élevée. Cependant, selon la conception des molécules qui composent le cation et/ou l'anion, leur fonction pourrait s'étendre. Les liquides ioniques se prêtent particulièrement bien à cette fonctionnalisation de par leurs propriétés intéressantes en tant qu'électrolyte et leur facilité de synthèse. Dans le domaine des supercondensateurs, la densité d'énergie est une limite technologique. Pour y répondre, une stratégie innovante est l'ajout de molécules redox à l'électrolyte pour participer au stockage de charge. Malgré la promesse d'augmenter les densités énergétiques (ou capacités apparentes), l'utilisation d'électrolyte redox fait face à deux limites clairement identifiées : (1) la diffusion des molécules redox diminuent l'efficacité coulombique et (2) l'autodécharge est importante. L'une de ces possibilités est l'utilisation de liquides ioniques biredox (2 couples oxydo-réducteur). Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude des dynamiques d'électrolytes à base de liquides ioniques redox pour une application en supercondensateur. L'effet du confinement des électrolytes redox dans la porosité des électrodes de carbone a été plus particulièrement étudié. Cela a permis de mettre en avant des interactions différentes, entre diffusion et adsorption, entre les liquides ioniques redox et les électrodes. S'il ne répond pas à toute nos questions, le formalisme utilisé pour comprendre ces dynamiques électrochimiques différentes a permis d'allier théorie et expérimentation pour aller toujours plus loin dans la compréhension des interactions des liquides ioniques redox comme électrolyte pour le stockage de l'énergie.

  • Titre traduit

    Study of the dynamics of electrolytes based on redox ionic liquids for supercapacitor application


  • Résumé

    Electrolytes are at the heart of batteries and supercapacitors and their primary role is to conduct ions, and even if their specifications are actually more complex: chemical stability, high cell voltage, high conductivity. However, depending on the design of the molecules that compose the cation and/or anion, their function could be expanded. Ionic liquids are particularly suitable for this functionalization because of their interesting properties as an electrolyte and their ease of synthesis. In the field of supercapacitors, energy density is a technological limitation. To address this, an innovative strategy is the addition of redox molecules to the electrolyte to participate in charge storage. Despite the promise to increase energy densities (or apparent capacities), the use of redox electrolyte faces two clearly identified limitations: (1) the diffusion of redox molecules decreases the coulombic efficiency and (2) the self-discharge is important. One of these possibilities is the use of biredox ionic liquids (2 oxidation-reducing pairs). This thesis work focused on the study of electrolyte dynamics based on redox ionic liquids for supercapacitor application. The effect of the confinement of redox electrolytes in the porosity of carbon electrodes has been studied. Thanks to this, the different interactions as diffusion and adsorption between redox ionic liquids and electrodes are described. The formalism used to understand these different electrochemical dynamics allow us to combine theory and experimentation to go ever further in understanding the interactions of redox ionic liquids as an electrolyte for energy storage.