Elaboration et caractérisation de nanoparticules et de polymères conducteurs pour la réalisation de matériaux composites multifonctionnels

Abstract

Cette thèse vise à améliorer les performances électrochimiques des matériaux pseudocapacitifs tels que le MnO2, le PPy, la PANI, le nanocomposite PPy/ZnO et le nanocomposite PANI/TiO2 pour les utiliser comme matière active dans les supercondensateurs. Les caractérisations physico-chimiques telles que l'IRTF, le DRX, le MEB-EDS, la surface BET, ainsi que les caractérisations électrochimiques telles que la voltampérométrie cyclique (CV) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) ont été réalisées pour évaluer leurs performances et comprendre la relation entre leurs structures-propriétés et leurs performances électrochimiques. Le dioxyde de manganèse a été d'abord élaborée selon deux procédés, hydrothermal et par micro-ondes, afin d'obtenir différentes structures. Il a été observé une influence significative de la méthode de synthèse sur la morphologie et les performances des dioxydes de manganèse. La capacité spécifique a été calculée à 445 F.g-1 pour le MnO2-HT (synthèse hydrothermal) et à 577 F.g-1 pour le MnO2-MO (synthèse par micro-ondes). En outre, après 1000 cycles de charge-décharge, une perte de 15,7 % par rapport à la capacité spécifique initiale a été observée pour le MnO2-MO, ce qui indique une bonne stabilité électrochimique. La synthèse par micro-ondes a donc permis d'obtenir un matériau aux propriétés électrochimiques attractives, avec un gain de temps de synthèse considérable. Les performances des matériaux nanocomposites PPy/ZnO et PANI/TiO2 ont ensuite été évaluées avec succès. Ces matériaux ont été préparés par une simple polymérisation chimique in-situ, en utilisant la poudre de MnO2 comme agent d'oxydation. Les caractérisations électrochimiques ont révélé les excellentes performances du nouveau nanocomposite PPy/ZnO et PANI/TiO2, où leur capacité spécifique atteint respectivement 1299 F.g-1 et 1110 F.g-1. Ces valeurs sont supérieures à celles obtenues pour l'électrode PPy, qui est de 945 F.g-1, et pour l'électrode PANI, qui est de 800.25 F.g-1. L'introduction des nanoparticules (ZnO, TiO2) dans la matrice de polymère conducteur entraîne un effet synergique efficace entre les deux constituants, ce qui permet une amélioration de la conductivité électronique, de la capacité à haute vitesse de balayage et de la stabilité électrochimique durant le cyclage répétitif de charge/décharge. Ces bonnes performances électrochimiques indiquent que les poudres développées dans ce travail seraient prometteuses comme matériaux actifs pour les supercondensateurs à haute performance