Résumé :
Ces travaux ont porté sur l’élaboration d’électrodes de supercondensateur à base de nanotubes de carbone verticalement alignés. Ce matériau, présente en effet des propriétés de stockage très intéressantes mais des progrès peuvent encore être réalisés, notamment pour augmenter leur énergie. Lors de cette thèse, trois voies innovantes et originales ont été explorées afin d’augmenter les performances de ces électrodes. Dans un premier temps, la croissance des VACNT/Al longs et denses par CVD a été transposée avec succès vers une nouvelle nuance d’aluminium plus intéressante pour les développements industriels futurs tout en conservant les propriétés intrinsèques des VACNT en terme de longueur et densité. L’influence de l’épaisseur et de la masse volumique sur les performances électrochimiques a été discutée. Dans un second temps, l’intérêt de l’insertion d’hétéroatomes a été étudiée. Celle-ci a été réalisée par deux voies : le dopage par l’azote durant la croissance et la fonctionnalisation par post-traitement d’amination et d’oxydation des VACNT/Al. L’insertion d’hétéroatomes a été validée et des gains de capacitances ont été observés, ce qui confirme l’intérêt du dopage et de la fonctionnalisation des nanotubes. Enfin, des polymères conducteurs, le p3MT et un dérivé donneur/accepteur du p3MT ont été synthétisés et caractérisés pour réaliser des électrodes négatives basées sur le dopage n du polymère. Ils ont ensuite été associés aux VACNT/Al longs et denses. Ces travaux ont montré le double avantage de la nanostructuration et de l’insertion de l’accepteur dans l’optique de réaliser des électrodes négatives performantes et stables. Des supercondensateurs de type III ont alors pu être réalisés à partir de ces électrodes composites et démontrent des performances remarquables.
Mots clés : nanotubes de carbone, polymères conducteurs, CVD, supercondensateur, fonctionnalisation, dopage.
High Energy Supercapacitors and pseudo-supercapacitors based on p- and n-dopable materials
Abstract:
Development of supercapacitor electrodes based on vertically aligned carbon nanotubes is reported. This material exhibits high charge storage properties as shown in previous studies but performances can be improved, especially their energy density. In this work, three original methods are studied to enhance the electrochemical performances of these electrodes. Long and dense VACNT were synthesis by CVD process was transferred on a thinner aluminum substrate more suitable for industrial application. Intrinsic properties of VACNT were maintained on this new Al. Influence of thickness and volumetric mass of VACNT carpet on charge storage performances was studied. Then, interest of heteroatoms insertion was discussed. Insertion of heteroatoms such as nitrogen and oxygen was accomplished by doping during the growth and post-treatment functionalization of VACNT/Al. Heteroatoms incorporation have been validate. Improvement of capacitance have been measured, demonstrating heteroatoms incorporation benefits for supercapacitor application. Finally, conductive polymers such as p3MT and a donor acceptor unit were synthesized and characterized especially their n doping properties to be used as negative electrodes. They have then be associate with long and dense VACNT/Al. Both approaches, nanostructuration of ECP and acceptor insertion, are very profitable to realize negative electrodes with high performances and stability. Type III supercapacitors based on these ECP/VACNT composite have shown exceptional performances.
Keywords: Carbon nanotubes, conductive polymers, CVD, Supercapacitor, functionalization, doping.
