Structuration de matériaux à base de graphène pour l’énergie durable

Structural tailoring of graphene based materials for energy applications

• Auteur / Autrice : Anurag Mohanty
• Direction : Izabela Janowska
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Camelia Matei Ghimbeu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giuliano Giambastiani, Philippe Serp

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chauffage par induction

Supercondensateurs

Graphène

Chimie inorganique

Mots clés libres

Graphène multi-couche

Supercondensateur

Méthanation du CO2

Chauffage par induction

Few-layer-graphene (FLG)

Supercapacitor

CO2 methanation

Inductive heating

Résumé

La production et le stockage des énergies renouvelables sont les deux facteurs clés de la durabilité de l'écosystème dans lequel nous vivons. Ce projet de thèse porte sur les modifications structurelles des matériaux à base de graphène multi-couches (FLG) pour le stockage électrochimique de l'énergie sous forme de supercondensateurs et la conversion chimique de l'énergie par la réaction de méthanation du CO2. L’utilisation de h-HLB utilisé pour l'exfoliation initiale de graphite expansé a permis d’obtenir des matériaux avec un alignement élevé et un accès aux bords du FLG pour les supercondensateurs. Une approche théorique a été réalisée afin de distinguer et quantifier le type de capacitance. Des nanoplaquettes métalliques avec un double accès sur les faces ont été synthétisées à haute température en utilisant les FLG comme matrice. Une croissance de nanofibres de carbone (CNFs) a aussi été réalisée sur FLG, afin d’obtenir un composite à forte teneur en nanoparticules de nickel bien dispersées, permettant une conversion et une sélectivité élevées pour la réaction de méthanation du CO2.

Renewable energy production and storage are the two key factors driving the sustainability of the ecosystem we dwell in. This thesis project deals with structural modifications of FLG based materials for electrochemical energy storage as supercapacitors and chemical energy conversion in the form of CO2 methanation. Different zero-waste processes have been developed for specific applications. High alignment and edge access of FLG for supercapacitor has been achieved by retention of large excess of h-HLB materials used for initial exfoliation of graphite. A theoretical approach has been studied to distinguish and quantify the type of capacitance. Flat metal nanoparticles with double sided access has been synthesized by high temperature annealing processes with FLG as template. CNFs of various edge access have been grown on FLG flakes to obtain a high Ni NP dispersed composite suitable for high conversion and selectivity towards methanation reaction.