Nanotubes de carbone verticalement alignés pour électrodes de supercondensateurs
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Nanotubes de carbone verticalement alignés pour électrodes de supercondensateurs

Figure 1 : (a) image MEB montrant une couverture homogène de VACNT avec du soufre provenant du PCE (P3MT), (b) image HRTEM d’un NTC après dispersion montrant le revêtement homogène en couche par le polymère, (c) Propriétés électrochimiques de ces électrode nanocomposites VACNT/PCE par rapport aux électrodes classiques sans NTC

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des candidats potentiels très intéressants pour l’élaboration d’électrodes de supercondensateurs grâce à leur surface spécifique élevée et leur agencement qui peut être isotrope ou anisotrope (alignés comme dans un tapis). La configuration alignée est particulièrement intéressante car elle offre une accessibilité des matériaux actifs (polymères conducteurs ou oxydes métalliques) dans des canaux poreux entre chaque NTC, ce qui peut être bénéfique pour un dépôt homogène des matériaux actifs sur toute la surface des NTC et pour les phénomènes de transport/transfert des différents composés dans la configuration supercondensateur.

Au CEA NIMBE-LEDNA, des tapis de NTC alignés (VACNT) sont synthétisés par un procédé CCVD assisté aérosol à partir de mélanges d'hydrocarbures liquides/métallocène[1]. Ce procédé a été ajusté afin de permettre une croissance efficace et reproductible de CNT alignés sur des substrats métalliques tels que l'acier inoxydable[2] et l’aluminium,  par abaissement de leur température de formation (< 650°C) et utilisation de l'acétylène comme source de carbone, plus favorable pour une décomposition à basse température[3]. Les vitesses de formation des VACNT sont supérieures à l’état de l’art mondial pour une méthode sans prédépôt ou prétraitement du collecteur, et les densités en NTC élevées permettent d’envisager une utilisation en tant qu’électrodes de supercondensateur innovantes. Dans ce contexte, les architectures d'électrodes à base de nanotubes de VACNT sur Si recouvertes d'une couche homogène de polymère conducteur électronique (ECP) déposées par des techniques électrochimiques dans différents milieux electrolytiques (liquides ioniques notamment) montrent des performances remarquables en termes de capacité électrique (Coll. LPPI Univ. Cergy-Pontoise)[4].

 

Ces premiers résultats novateurs obtenus sur des VACNT formés sur supports de Si nous ont incités à développer cette approche sur d’autres natures de collecteurs métalliques d’un intérêt commercial plus marqué en vue d’une utilisation en tant qu’électrode innovante pour le stockage électrochimique. Nous nous sommes intéressées dans un premier temps à l’élaboration de nanocomposites VACNT/PCE sur collecteur d’inox[5] puis nous avons pu réaliser des nanocomposites VACNT/PCE ou oxydes métalliques[6] sur collecteur flexibles d’Al avec un dépôt homogène du matériau actif en surface des nanotubes dans l’ensemble de la profondeur du tapis en dépit des très fortes densités en NTC observées (100 fois plus important que sur l’acier)55

Une partie de ce travail est réalisé dans le cadre d’un laboratoire commun (CEA, Universités de Cergy-Pontoise et Tours, NawaTechnologies) via le transfert technologique avec succès du procédé vers un outil de production roll-to-roll (R2R) chez NAWATechnologies dont l’un des marchés est dans le domaine des supercondensateurs.


[1]   Evidence of sequential lift in growth of aligned multiwalled carbon nanotube multilayers
M. Pinault, V. Pichot, H. Khodja, P. Launois, C. Reynaud and M. Mayne-L'Hermite, Nano Lett., 5(12), 2394-2398, (2005),

Dynamics of catalyst particle formation and multi-walled carbon nanotube growth in aerosol-assisted catalytic chemical vapor deposition
C.Castro, M.Pinault, S.Coste-Leconte, D.Porterat, N.Bendi, C.Reynaud, M.Mayne-L’Hermite, Carbon, 48, (2010), 3807-3816.

[2] Growth of long and aligned multi-walled carbon nanotubes on carbon and metal substrates
M. Delmas, M. Pinault, S. Patel, D. Porterat, C. Reynaud and M. Mayne-L'Hermite, Nanotechnology, 23, (2012), 105604.

[3] "Method for continuous, travelling production of nanostructures aligned on a substrate and related device",
Thèse F. Nassoy - Univ. Paris Saclay ;

Boulanger, P.; Mayne-L’Hermite, M.; Pinault, M.; Charon, E.; Reynaud, C., Brevet n° FR3013061; WO2015071408; publié le 2015-05-21:,  licencié à NawaTechnologies.

[4] Poly(3-methylthiophene)/vertically aligned multi-walled carbon nanotubes: electrochemical synthesis, characterizations and electrochemical
S. Lagoutte, P.-H. Aubert, M. Pinault, F. Tran-Van, M. Mayne-L’Hermite, C. Chevrot, Electrochimica Acta, 130, 754-765, (2014).

[5] Thèse M. Porcher - Univ. Tours.

[6] Thèse B. Pibaleau - Univ. Tours.

 
#2919 - Màj : 08/08/2018

 

 

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