Ce travail porte sur l’élaboration et la caractérisation d’électrolytes destinés à l’application supercondensateurs sur des gammes de températures étendues. Dans un premier temps, trois électrolytes à base de liquides ioniques (LI) et d’un solvant organique, la-butyrolactone (GBL) ont été sélectionnés. Leurs stabilités électrochimiques et thermiques, ainsi que leurs propriétés physico-chimiques telles que la conductivité ionique et la viscosité, ont été mesurées entre -50°C et 100°C. Ces expériences ont également été effectuées sur les LI purs (EMITFSI, Pyr13FSI et Pyr14TFSI), ce qui a permi de mettre en avant l’intérêt de l’ajout de solvant sur les LI, en particulier pour des applications à basses températures. Des études de vieillissements à 100°C et -50°C de supercondensateurs classiques (séparateur en cellulose) ont permi de démarquer l’électrolyte EMITFSI/GBL de par sa grande stabilité à ces températures extrêmes.Dans un second temps, des gels électrolytiques ont été synthétisés afin d’être utilisés comme séparateurs, évitant ainsi d’éventuelles fuites d’électrolyte. Il s’agit de Réseaux semi-Interpénétrés de Polymères (semi-RIP), dont le réseau principal est formé à partir de poly(oxide d’ethylène) (POE), dans lequel se trouvent des chaines de caoutchouc naturel: le nitrile butadienerubber (NBR). Le réseau POE assure une bonne conductivité ionique, tandis que l’élastomère (NBR) améliore la tenue mécanique du gel. Différentes proportions d’électrolytes ont été testées lors de la synthèse de gels, ainsi que différents ratios NBR/POE. De la même façon que pour les électrolytes liquides, les gels électrolytiques ont été caractérisés. A 100°C, les performances des supercondensateurs constitués du séparateur gel le plus intéressant (NBR/PEO : 40/60 en masse) sont similaires, voire meilleures que celles des supercondensateurs classiques. Lors de travaux futurs, ces gels électrolytiques seront également testés à basse température. / This work has been focusing on the synthesis and characterization of electrolytes for supercapacitor applications over a wide temperature range. First, three electrolytes based on Ionic Liquids (ILs) and an organic solvent, -butyrolactone (GBL) were selected. Many characterizations of these IL/GBL mixtures were performed from -50°C to 100°C: electrochemical and thermal stabilities, but also ionic conductivity and viscosity. These experiments were also performed on the three neat ILs (EMITFSI, Pyr13FSI and Pyr14TFSI). Results were compared to IL/GBL mixtures and brought to light the benefit from solvent addition upon ILs for applications at low temperature. Fast ageing has been realized at 100°C and -50°C on classical coin cells (cellulose separator), and systems based on the EMITFSI/GBL electrolyte have the longest lifetime.In a second time, gel electrolytes have been synthesized in order to be used as separators, thus preventing electrolyte leakage in the supercapacitor. It was decided to study semi-InterPenetrating Networks (semi-IPNs) synthesized with EMITFSI/GBL as the electrolyte. Semi-IPNs are based on Poly(ethylene oxide) (PEO) and Nitrile Butadiene Rubber (NBR). The PEO network facilitates the ion mobility of the electrolyte while NBR chains improve the mechanic behavior of the gel. Different proportions of electrolytes were tested, as well as different ratios NBR/PEO. Gel electrolytes have been characterized similarly to liquid electrolytes (ionic conductivity, electrochemical and thermal stability). At 100°C, performances of supercapacitors composed of the most interesting gel electrolyte ((NBR/PEO : 40/60 by weight) are at least as good as those of classical separators. Future work will be devoted to ageing at low temperature.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2016CERG0834 |
| Date | 13 July 2016 |
| Creators | Dagousset, Laure |
| Contributors | Cergy-Pontoise, Aubert, Pierre-Henri |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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