Résumé :
Les travaux de cette thèse ont porté sur l’élaboration, l’optimisation et l’étude d’électrodes composites à base de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sur un collecteur d’aluminium et modifiés par l’oxyde de manganèse (Mn02) . Le procédé de croissance CVD à basse température (580 °C) mise en œuvre directement sur le collecteur conduit a l’élaboration de tapis de NTC parfaitement alignés, d’une épaisseur contrôlable et possédant des densités de 1011 NTC/cm2 et dont le taux de catalyseur (Fe) est inférieur à 1 %. Leur modification par du Mn02 accroit significativement leur capacité de stockage électrochimique. Afin de réaliser un enrobage optimal des VACNT par le Mn02 différents précurseurs de l’oxyde ainsi que diverses approches (dépôts électrochimiques, chimiques, CVD ) ont été initiées, voire optimisées. Les composites élaborés ont ensuite été étudiés en tant que matériau d’électrode pour la réalisation de supercondensateurs asymétriques en milieux aqueux. Par ailleurs, les analyses structurales, morphologiques et électrochimiques menées sur les différents matériaux ont permis une meilleure compréhension du rôle des conditions d’élaboration sur les propriétés des composites VACNT/Mn02 obtenus. Ainsi, une capacitance spécifique de 281 F/g a été atteinte dans H20 /LiN03 a 0,5 mol/L par les composites optimisés VACNT/Mn02. L’élaboration de supercondensateurs asymétriques VACNT/Mn02//CA en milieu aqueux génère des densités d’énergie et de puissance élevées (>10 Wh/kg, >10 kW/kg) par rapport aux dispositifs symétriques ou ceux fonctionnant sans VACNT. En plus de ces travaux d’optimisation et d’élaboration de dispositifs à l’échelle du laboratoire, un des points marquants de cette thèse a été de montrer qu’un dimensionnement de ces électrodes à une taille préindustrielle était possible, tout en conservant les excellentes propriétés de stockage des composites.
Mots clés : Nanotubes de carbone verticalement alignés, croissance basse température sur aluminium, oxydes de manganèse, matériaux d’électrode, supercondensateur asymétrique, stockage de l’énergie.
Thèse réalisée en collaboration avec le laboratoire PCM2E (Physico-Chimie des Matériaux et des Electrolytes pour l’Energie) du Département de Chimie de l’Université de Tours.
Contacts : Fouad Ghamouss et François Tran-Van.
NIMBE/LEDNA et PCM2E (Univ. Tours)