Thèse soutenue

Étude de supercondensateurs à base de liquide ionique biredox par dynamique moléculaire classique
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Auteur / Autrice : Roxanne Berthin
Direction : Mathieu SalanneOlivier Fontaine
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie physique
Date : Soutenance le 14/09/2022
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Lemaître
Examinateurs / Examinatrices : Elise Duboué-Dijon, Frédéric Favier
Rapporteurs / Rapporteuses : Margarida Costa Gomes, Céline Merlet

Résumé

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Le stockage de l’énergie est l'un des grands défis technologiques et sociétaux du XXIe siècle. Dans ce contexte, le stockage électrochimique de l’énergie, en particulier grâce aux supercondensateurs, apparaît comme étant une des approches les plus performantes. Le mécanisme de fonctionnement de ces dispositifs de stockage repose sur l’adsorption et la désorption d’ions aux électrodes. Ces dispositifs disposent d’une grande densité de puissance, mais leur densité d’énergie est limitée, notamment par la surface accessible aux ions dans la double couche électrochimique. Le but est donc d’augmenter la densité d’énergie de ces dispositifs, sans pour autant compromettre leur puissance. Récemment, une nouvelle famille d’électrolytes, à base de liquides ioniques actifs du point de vue redox, a été synthétisée. Les premières expériences montrent des performances prometteuses. En particulier, un doublement de la capacitance est observée lorsque le liquide ionique est fonctionnalisé par des groupements redox. Cependant, le mécanisme du transfert d’électron et son couplage avec l’adsorption/désorption des molécules restent encore peu compris. Cela nécessite une investigation à l’échelle moléculaire, difficilement accessible à partir des expériences. Cette thèse porte donc sur l’étude par dynamique moléculaire classique du liquide ionique biredox TEMPOmIM-AQTFSI. En particulier, nous avons étudié les propriétés structurelles des molécules redox et des ions du liquide ionique non greffés, avant d’étudier l’effet de la fonctionnalisation sur les propriétés structurelles, dynamiques et électrochimiques du liquide ionique biredox. Le résultat le plus intéressant est le stacking entre les groupements anthraquinones, qui forment une structure percolante au sein du liquide ionique, semblable à une structure poreuse. La structure nanométrique formée par les anions pourrait notamment être à l’origine des résultats expérimentaux prometteurs.