Electrolytes pour supercondensateurs asymétriques à base de MnO2 / Aurelien Boisset ; sous la direction de Meriem Anouti-Benaichouche et de Thierry Brousse et de Johan Jacquemin et de Laurence Athouël

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Condensateurs électrochimiques

Électrolytes

Asymétrie (chimie)

Oxydes de manganèse

Sels de lithium

Solvant, Effets de (chimie)

Ferrophosphate de lithium

N-méthylacétamide

Anouti-Benaichouche, Meriem (1965-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Brousse, Thierry (Directeur de thèse / thesis advisor)

Jacquemin, Johan (1978-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Athouël, Laurence (Directeur de thèse / thesis advisor)

Université de Tours (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours) (Equipe de recherche associée à la thèse / thesis associated research team)

Résumé / Abstract : Cette thèse a pour but de caractériser le fonctionnement de supercondensateurs asymétriques composés de dioxyde de manganèse de structure birnessite et de carbone activé dans différents électrolytes. Les électrolytes aqueux neutres à base de sels inorganiques montrent les meilleures performances électrochimiques. La nature et la structure des cations et des anions du sel semblent impacter les performances électrochimiques et la stabilité de la structure du matériau d’oxyde de manganèse. Lors de cyclage en milieu aqueux avec de large de fenêtre de tension de fonctionnement appliquée, un mécanisme de dégradation du dispositif a été avancé tenant compte de la nature des anions ou des cations des sels utilisés. Quelques voies de modification du matériau MnO2, afin d’améliorer ces performances électrochimiques, ont été étudiés. Des électrolytes non aqueux originaux ont été également caractérisés et plus particulièrement, les solvants « Deep Eutectic » à base de N-méthylacétamide et de sels de Lithium. Ces derniers semblent prometteurs comme électrolytes pour des applications en température sur carbone activé ou matériaux d’insertion tels que le ferrophosphate de lithium. Cependant ils semblent non adaptés aux oxydes de manganèse, mais donnent de bons résultats en cyclage avec le carbone activé.

Résumé / Abstract : The aim of this thesis was to investigate the performances of asymmetric supercapacitors based on manganese dioxide (birnessite) and activated carbon electrode materials using various electrolytes. From this work, it appears that neutral aqueous electrolytes containing inorganic salts have the best electrochemical performances. Furthermore, the nature and the structure of both ions (cations and anions) in solution seem to impact strongly the electrochemical performances of the supercapacitors, as well as, the MnO2’s structure stability and affinity. In the case of aqueous-based electrolyte, a device degradation mechanism has been proposed as a function of salt ions structure and nature to further understand the supercapacitor’s life-cycling when a large potential window is applied. Some novel synthesis ways and/or modifications were investigated to further improve the electrochemical properties of MnO2 material. Additionaly, original non-aqueous electrolytes has been also formulated and then characterized, particularly the ‘Deep Eutectic’ Solvents, based on the N-methylacetamide mixed with a lithium salt. However, these electrolytes don’t have a good affinity with manganese oxide-based materials. Interestingly, these Deep Eutectic Solvents show good cycling results with activated carbon. In fact, these electrolytes seem to be promising for high temperature energy storage applications, especially using activated carbon or insertion electrode material like the lithium ferrophosphate.