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Supercondensateurs

Une partie de ces matériaux fonctionnels, conducteurs ioniques et/ou électroniques, hybrides ou tout organique, sont, pour certains d’entre eux, conçus et élaborés pour répondre à certaines contraintes imposées dans les applications concernant la conversion et le stockage de l’énergie, notamment les supercondensateurs

Des tests en dispositifs permettent d’apprécier leur intérêt par rapport aux matériaux existants, mais aussi leurs limitations à l’issue desquelles l’élaboration est revue et optimisée.

 

Contact: Pierre-Henri Aubert, Philippe Banet, Frédéric Vidal, Giao Nguyen 

Matériaux d'électrodes de supercondensateurs

 

Des électrodes positives de supercondensateur ont été développées sous forme de nanocomposites hybrides, à partir de la nanostructuration de polymère conducteur électronique (PCE) via l’utilisation d’oxyde de fer(Fe2O3) ou de nanotubes de carbone alignés (NTCa).

Pour les composites Polypyrrole/ Fe2O3, l’insertion d’anions volumineux (en particulier des anions paratoluènesulfonate) dans de telles nanostructures hybrides permet d’augmenter très significativement la capacité spécifique du polypyrrole.

Dans le cas des naocomposites PCE / NTCa, la principale difficulté a été de contrôler précisément le dépôt du PCE le long des NTCa par électrosynthèse dans un milieu liquide ionique. En effet, la viscosité du milieu ralentit la diffusion des monomères hétérocycliques, conduisant à une «encapsulation » non homogène des NTCa par le PCE. Ce verrou a été levé grâce à la mise au point d’un procédé d’électrosynthèse séquencée permettant la diffusion du monomère jusqu’aux électrodes de NTCa. Dans ces conditions, il est alors possible de recouvrir de façon homogène les nanotubes de carbone comme le montre la photographie MEB ci-dessous.


Electropolymérisation du 3-méthylthiophène le long des NTC. Cliché par microscopie électronique à balayage des NTCa après électropolymérisation

 L’effet de la nanostructuration sur les propriétés de stockage électrochimique a été mis en évidence sur les dérivés du poly(3-méthyl thiophène). La capacité a été améliorée de 35% passant de 95F/g en absence de NTCa à 126F/g dans le cas du nanocomposite. Ce procédé a été étendu à d’autres PCE comme le polypyrrole, le PEDOT, le polycarbazole et le polythiophène mais également à leurs copolymères. En outre, et pour des conditions particulières de synthèse, le nanocomposite hybride est obtenu sous forme d’un film conducteur autosupporté et flexible.


Matériaux d'électrolyte de supercondensateurs

Matériaux conducteurs ioniques ont été réalisés en incluant dès la synthèse des gels à base de POE et d’élastomères, un électrolyte à base de liquides ioniques afin d’assurer la fonction de membrane séparatrice pour supercondensateurs sur une large gamme de température (-60°C – 100°C) 

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