Chhin, Danny
(2019).
« Électrodes organiques à base de poly(3,4-éthylènedioxythiophène)(PEDOT) fonctionnalisé pour les accumulateurs » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.
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Résumé
Les accumulateurs lithium-ion permettent d'emmagasiner plus du double de la densité d'énergie par rapport aux autres types d'accumulateurs (Nickel-Cadmium (Ni-Cd),Nickel-Hydrure métallique (Ni-MH)), et ce, pour des milliers de cycles de charge/décharge. L'accessibilité à autant d'énergie électrique facile à transporter et rechargeable a ouvert la voie aux appareils électroniques portables, à l'électrification des transports et au stockage d'énergie renouvelable.
L'extension naturelle des téléphones intelligents, c'est l'internet des objets, c'est-à-dire étendre la connectivité à tout objet, incluant emballages, cartes, capteurs, médicaments, bijoux, vêtements, lunettes, et bien plus. Mais parmi ces objets, certains sont jetés après un seul usage ou doivent se dégrader dans le corps humain, et d'autres sont produits sur des substrats non rigides et à géométries atypiques. Présentement,les accumulateurs lithium-ion sont trop dispendieux ou manquent de polyvalence pour être mis en oeuvre sur une aussi grande variété de substrat. Les composés redox organiques pourraient bien répondre aux exigences requises pour cette nouvelle génération d'applications. Ils sont issus de sources renouvelables, mais ils sont aussi polyvalents en termes de modulation de leurs propriétés et de méthodes de mise en oeuvre. Néanmoins, pour mettre pleinement en valeur l'énergie présente dans les composés redox organiques, il est nécessaire de prévenir leur dissolution et d'augmenter leur conductivité électrique. À cet égard, le sujet ma thèse porte sur le
développement de nouvelles formulations d'électrodes par l'utilisation du poly(3,4-éthylènedioxythiophène)(PEDOT).
Les limitations thermodynamiques et cinétiques dans un accumulateur sont une réalité incontournable. La compréhension de leurs impacts sur les performances d'un accumulateur est critique pour la conception de toute nouvelle formulation d'électrode. À cet effet, le premier chapitre décrit le fonctionnement des accumulateurs lithium-ion et pose une analyse de la cinétique suivant le modèle macroscopique de Newman.
Le deuxième chapitre traite de la fonctionnalisation de surface pour améliorer l'adhésion du PEDOT sur une surface de platine. Comme stratégie, un sel de diazonium-thiophène est greffé à la surface d'une électrode via la chimie du diazonium. Le thiophène fixé à la surface sert ainsi de point d'ancrage lors de la polymérisation du PEDOT par voie électrochimique.
Les deux prochains chapitres décrivent deux approches différentes pour formuler une électrode à partir d'un composé redox organique (CRO) comme matériau actif dans une matrice de PEDOT, l'idée étant de prévenir la dissolution du composé actif et de maximiser la conductivité électrique tout en diminuant la fraction de composante inactive en termes de capacité (agent liant, additif conducteur et collecteur de courant).
Les composés redox organiques sont riches en énergie; les polymères conducteurs sont conducteurs et insolubles. En greffant une unité redox à la charpente d'un PC,il est possible de tirer avantage de leur force respective. Le troisième chapitre présente mes travaux sur la combinaison du PEDOT et du p-diméthoxybenzène comme unité rédox.
La formation d'un polymère conducteur nécessite l'apport d'un contre-ion qui agit comme dopant. Typiquement,le dopant est inerte électrochimiquement. Néanmoins, il est possible d'utiliser des dopants qui possèdent une fonctionnalité redox pour étendre la capacité d'un polymère conducteur. Le quatrième chapitre décrit l'utilisation d'un copolymère bifonctionnel qui comporte à la fois des propriétés redox et ioniques comme sel dopant pour l'électropolymérisation du PEDOT. La preuve de concept a été démontrée par l'utilisation d'un copolymère de catéchol et d'acide sulfonique comme unique source de sel pour l'électropolymérisation du PEDOT. De plus, la présence de l'activité faradique du catéchol démontre l'intégration du copolymère bifonctionnel dans le PEDOT. Plus intéressant encore, la structure unique du copolymère bifonctionnel a un impact important sur la conformation du PEDOT. Ce changement de conformation a pu être suivi par spectroscopie UV-vis, diffraction des rayons X et par microscopie à force atomique.
Finalement, l'ensemble de mes travaux sont résumés dans le dernier chapitre. Les directions futures ainsi que mes pensées finales y sont aussi décrites.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR :
Accumulateur lithium-ion, Composé redox organique, Polymère
conducteur, PEDOT, Diazonium
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur. |
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Directeur de thèse: |
Schougaard, Steen Brian |
| Mots-clés ou Sujets: |
Électrodes / Batteries au lithium-ion / Polymères conducteurs / Composés organiques / Oxydoréduction / Sels de diazonium / Poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
09 déc. 2020 09:27 |
| Dernière modification: |
09 déc. 2020 09:27 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/13743 |
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