Etude du vieillissement calendaire de supercondensateurs carbone-carbone en électrolyte organique

Overview & Synopsis

Cette thèse est financée par l'agence nationale de la recherche et s'inscrit dans un contexte de transition énergétique. L'objectif de ces travaux est d'acquérir compréhension approfondie des processus de dégradation prenant place dans les supercondensateurs organiques. Ainsi, un protocole de vieillissement calendaire suivi d'analyses post-mortem ont permis d'améliorer la connaissance des mécanismes de dégradation. Les électrodes de carbones poreux ont été utilisées dans l'électrolyte commercial Acétonitrile (ACN) 1,5M Tetrafluoroborate Tetraethyleneammonium (Et4NBF4). Nous avons utilisé des électrodes en carbone poreux dans un électrolyte commercial à base d'acétonitrile (ACN) à 1,5M de tétrafluoroborate de tétraéthylammonium (Et4NBF4). Deux types de carbone, le YP50F (microporeux) et le CMK3 (mésoporeux), ont présenté des mécanismes de vieillissement distincts. Le YP50F a subi des réactions faradiques conduisant à la formation d'un film polymérique qui obstrue les micropores, entraînant ainsi une altération de sa conductivité ionique. En revanche, le CMK3 a vu sa résistance série équivalente (ESR) augmenter au fil du vieillissement, ce qui a impacté sa conductivité électronique. Outre leurs différences structurelles, ces carbones présentent des caractéristiques de surface distinctes en raison de leurs méthodes de synthèse différentes. La présence de fonctions asido-basiques a pu être quantifié via les méthodes de titration de Boehm et de mesure du point iso-électrique. Ainsi, afin de comprendre l'impact de l'état de surface sur les vieillissements, ces fonctions ont été modulées, via le carbone YP50F, qui a été réduit (rYP50F) et oxydé (oYP50F). Le rYP50F, exempt d'une bonne partie des fonctions oxygénées, présente de meilleures performances électrochimiques, avec des réactions faradiques moins importantes que le YP50F. Cependant, le rYP50F est un matériau instable car le traitement de réduction a créé des sites actifs le rendant sensible à son environnement. Par conséquent, si le vieillissement est réalisé quelques mois après la réduction, les performances électrochimiques sont médiocres. En ce qui concerne le oYP50F, il a rapidement subi des dégradations avec la formation d'un film polymérique, entraînant une altération de la conductivité ionique. Enfin, une seconde étude a été menée en utilisant un électrolyte composé d'Adiponitrile (ADN) au lieu de l'ACN, en association avec le matériau CMK3. Les résultats du vieillissement ont montré une meilleure stabilité des performances avec l'électrolyte à base d'ADN, ce qui lui permet de supporter des tensions d'utilisation plus élevées (> 3 V).