Ricard, Marie-Claude
(2025).
« Matériaux redox organiques pour l'évolution des batteries lithium-ion » Mémoire.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en chimie.
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Résumé
Le développement de dispositifs de stockage d’énergie performants et durables est un enjeu crucial dans le contexte actuel de transition vers les énergies renouvelables. Dans cette optique, le présent mémoire s’intéresse à la recherche de matériaux de cathode alternatifs pour les batteries lithium-ion, en misant sur des polymères conducteurs afin de substituer les matériaux inorganiques traditionnels. L’objectif principal est de concevoir un matériau composite fonctionnel, cumulant conductivités électronique et ionique, tout en étant redox-actif. Le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) est un polymère conjugué bien connu pour sa haute conductivité électronique (400–600 S cm-1) et sa stabilité dans son état oxydé. Lorsqu’il est synthétisé en présence d’acide polystyrène sulfonique (PSS), un polyanion hydrosoluble, il forme un complexe PEDOT :PSS dispersible dans l’eau, ce qui facilite sa manipulation en milieu aqueux. Cependant, ce système présente une capacité électrochimique limitée, ce qui restreint son application comme matériau actif de cathode. Dans le cadre de ce projet de maitrise, une stratégie a été explorée pour améliorer les propriétés électrochimiques du système PEDOT :PSS par modification du polyanion dopant. Une première approche reposait sur l’étude d’un matériau préalablement synthétisé, dans lequel une partie des unités sulfonates avait été substituée par des unités catéchol dans le but d’accroître la capacité de stockage. L’objectif initial était de former un film à partir de ce polymère modifié afin de l’utiliser comme matériau de cathode. Toutefois, en raison d’une conductivité trop faible observée en présence d’unités catéchol, une réorientation du projet a donc été entreprise afin de mieux comprendre les limitations de conductivité liées à cette modification du polyanion. Une seconde approche a alors été envisagée, basée sur la dilution progressive des unités sulfonates par des unités inertes, telles que le styrène, par polymérisation radicalaire. Cette stratégie visait à moduler la densité de dopant sur la chaîne du polyanion et à évaluer son effet sur la conductivité globale du système. Les copolymères obtenus ont été caractérisés par diverses techniques (RMN, FTIR, XRD, microscopie optique polarisée, mesure de conductivité par sonde à quatre pointes), afin de corréler leur composition structurale avec leurs propriétés physiques et électrochimiques. Les résultats démontrent qu’une diminution progressive des unités sulfonate entraîne une baisse significative de la conductivité électronique, mettant en évidence le rôle critique du dopant dans le transport de charge. Cette étude permet de mieux cerner les limites de dilution compatibles avec une conductivité fonctionnelle, tout en ouvrant la voie à l’incorporation future d’unités redox-actives plus performantes dans le polyanion. Ce mémoire présente ainsi une étude systématique de l’effet de la composition du polyanion sur les performances du système PEDOT :PSS. Il met en évidence les défis liés à l’optimisation simultanée des propriétés de conduction et de capacité, tout en démontrant une démarche de conception de cathodes organiques plus durables.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Catéchol, Cathode, dispositifs de stockage, batteries, Lithium-ion, polymères conducteurs, Poly (3,4-ethylènedioxythiophène) (PEDOT), Acide polystyrène sulfonique (PSS), Conductivité électronique, Styrène, cathode organique, redox-actif.
| Type: |
Mémoire accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Schougaard, Steen Brian |
| Mots-clés ou Sujets: |
Batteries au lithium-ion / Cathodes / Matériaux organiques / Polymères conducteurs / Poly(3,4-éthylènedioxythiophène) / Acide polystyrène sulfonique (PSSA) / Stockage d'énergie |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
21 janv. 2026 09:44 |
| Dernière modification: |
21 janv. 2026 09:44 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/19526 |
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