Offre de thèse – Université d’Orléans et CNRS Etude par RMN du transfert des ions lors de la charge/décharge de supercondensateurs Encadrants : Pr. Michaël Deschamps et Dr.Encarnacion Raymundo-Pinero Laboratoire d'accueil : Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation – CEMHTI - UPR3079 CNRS Orléans Exposé du sujet: Les condensateurs à double couche électrochimique, ou supercondensateurs, sont des systèmes de stockage de l’électricité qui sont capables de délivrer une forte puissance (voir ci-dessous). Ils sont adaptés pour les véhicules électriques et hybrides, les tramways, etc.., où ils stockent l’énergie dissipée au freinage et la restituent durant les phases d’accélération. Toutefois, la faible énergie stockée constitue un frein au développement à grande échelle de cette technologie. C’est pourquoi de nombreux travaux de recherche visent à comprendre les mécanismes de fonctionnement de ces systèmes de manière à accroître leur densité d’énergie stockée. L’énergie stockée dépend de la capacité, laquelle dépend de la surface de l’interface ente les électrodes et l’électrolyte. En raison de leur grande conductivité et de leur forte surface spécifique (>1000 m 2 /g), les carbones nanoporeux sont des matériaux de choix comme matière active des électrodes. Les travaux récents montrent que la capacité peut être accrue en optimisant l’accessibilité de la surface interne du carbone aux ions de l’électrolyte. L’objectif du projet est donc d’aborder les performances électrochimiques du supercondensateur en caractérisant les déplacements d’ions dans la nano-porosité de chacune des deux électrodes. Les travaux consisteront à étudier les transferts d’ions au cours de la charge et de la décharge par la Résonance Magnétique Nucléaire multi-noyaux ( 1 H, 13 C, 19 F, 11 B, …) en utilisant des mesures de diffusion et de l’imagerie unidimensionnelle à l’aide des gradients de champ pulsés et des méthodes de corrélation interatomiques. Ceci permettra de comprendre l’influence de la texture poreuse du carbone, du type d’électrolyte (liquide ionique, solvant organique) ainsi que des conditions de cyclage (durée, courant, tension) sur le fonctionnement global du supercondensateur. i i M.Deschamps, E.Gilbert, P.Azais, E.Raymundo-Pinero, M.R.Ammar, P.Simon, D.Massiot, F.Béguin "Exploring electrolyte organization in supercapacitor electrodes with solid-state NMR" Nature Mater. 12, 351–358 (2013)

Etude par RMN du transfert des ions lors de la charge ...Exploring electrolyte organization in supercapacitor electrodes with solid-state NMR" Nature Mater. 12, 351–358 (2013) Title

Download PDF Report

Upload
buitruc
View
219
Download
1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Etude par RMN du transfert des ions lors de la charge ...Exploring electrolyte organization in supercapacitor electrodes with solid-state NMR" Nature Mater. 12, 351–358 (2013) Title

Offre de thèse – Université d’Orléans et CNRS

Etude par RMN du transfert des ions lors de la charge/décharge de supercondensateurs

Encadrants : Pr. Michaël Deschamps et Dr.Encarnacion Raymundo-Pinero Laboratoire d'accueil : Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation – CEMHTI - UPR3079 CNRS Orléans Exposé du sujet:

Les condensateurs à double couche électrochimique, ou supercondensateurs, sont des systèmes de stockage de l’électricité qui sont capables de délivrer une forte puissance (voir ci-dessous). Ils sont adaptés pour les véhicules électriques et hybrides, les tramways, etc.., où ils stockent l’énergie dissipée au freinage et la restituent durant les phases d’accélération. Toutefois, la faible énergie stockée constitue un frein au développement à grande échelle de cette technologie. C’est pourquoi de nombreux travaux de recherche visent à comprendre les mécanismes de fonctionnement de ces systèmes de manière à accroître leur densité d’énergie stockée.

L’énergie stockée dépend de la capacité, laquelle dépend de la surface de l’interface ente les électrodes et l’électrolyte. En raison de leur grande conductivité et de leur forte surface spécifique (>1000 m2/g), les carbones nanoporeux sont des matériaux de choix comme matière active des électrodes. Les travaux récents montrent que la capacité peut être accrue en optimisant l’accessibilité de la surface interne du carbone aux ions de l’électrolyte.

L’objectif du projet est donc d’aborder les performances électrochimiques du supercondensateur en caractérisant les déplacements d’ions dans la nano-porosité de chacune des deux électrodes. Les travaux consisteront à étudier les transferts d’ions au cours de la charge et de la décharge par la Résonance Magnétique Nucléaire multi-noyaux (1H, 13C, 19F, 11B, …) en utilisant des mesures de diffusion et de l’imagerie unidimensionnelle à l’aide des gradients de champ pulsés et des méthodes de corrélation interatomiques. Ceci permettra de comprendre l’influence de la texture poreuse du carbone, du type d’électrolyte (liquide ionique, solvant organique) ainsi que des conditions de cyclage (durée, courant, tension) sur le fonctionnement global du supercondensateur.i

i M.Deschamps, E.Gilbert, P.Azais, E.Raymundo-Pinero, M.R.Ammar, P.Simon, D.Massiot, F.Béguin "Exploring electrolyte organization in supercapacitor electrodes with solid-state NMR" Nature Mater. 12, 351–358 (2013)