Études fondamentales des échanges ioniques au sein d’électrodes nanostructurées verticalement par microbalance à quartz en mode dynamique: Application au stockage électrochimique de l'énergie

Axe 3 - Interfaces, transport et réactivité

Thèse de Tao Lé

Recherche commencée le 2 nov. 2015. Cette thèse est financé par l'Appel à Projet Industriel et en collaboration avec le CEA.

Soutenance le 31 octobre à 9h30
Bâtiment GreEnER
UFR PhITEM
21 Avenue des Martyrs
38000 Grenoble

Laboratoires co-porteurs

Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques (LISE)
Porteur de projet : Hubert Perrot
Co-encadrant : Ozlem Sel, David Aradilla
Commissariat à l'Energie Atomique (CEA)
Co-encadrant : Gérard Bidan

Projet de recherche

Une meilleure compréhension des mécanismes d’échanges ioniques au sein de matériaux d’électrode de supercondensateurs peut être obtenue en couplant les méthodes de caractérisation électrochimique avec des mesures de microbalance à quartz. En employant des nanostructures verticales, une grande amélioration des performances ont été obtenues pour des supercondensateurs, cependant la technique de microbalance à quartz électrochimique n’a pas encore été employée sur ce type d’électrodes. L’objectif de cette thèse est d’appliquer les méthodes de caractérisation par microbalance à quartz électrochimique à des électrodes de supercondensateurs nanostructurées verticalement. Les nanostructures étudiées au cours de cette thèse sont les nanofils de silicium, les nanofils de PEDOT, les nanofils hybrides silicium/PEDOT ainsi que les voiles de graphène orientés verticalement. La croissance de ces nanostructures a été obtenue directement sur la surface de la microbalance en minimisant les effets sur la qualité de cette dernière.

L’effet de l’amortissement de la résonance sur ces nanostructures a été étudié dans différents types d’électrolytes. Les échanges ioniques dynamiques ayant lieu au sein d’électrodes à base de VOGNs et de nanofils de PEDOT ont pu être dévoilés. Ces premières avancées dans l’application des mesures électrogravimétriques à des nanostructures verticales ont montré l’étendue des possibilités pour la caractérisation de supercondensateurs à électrodes nanostructurées. Les limites de ces techniques dues aux amortissements hydrodynamiques ont également été montrées pour les architectures plus épaisses.

Publications

Tao Le, David Aradilla, Gérard Bidan, Florence Billon, Marc Delaunay et al.
Unveiling the ionic exchange mechanisms in vertically-oriented graphene nanosheet supercapacitor electrodes with electrochemical quartz crystal microbalance and ac -electrogravimetry
Electrochemistry Communications, Elsevier, 2018, 93, pp.5-9.
DOI : 10.1016/j.elecom.2018.05.024
Ref HAL : hal-01835144v1
T. Lé, P. Gentile, G. Bidan, D. Aradilla
New electrolyte mixture of propylene carbonate and butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (N1114 TFSI) for high performance silicon nanowire (SiNW)-based supercapacitor applications
Electrochimica Acta, Volume 254, 10 November 2017, Pages 368-374
DOI : 10.1016/j.electacta.2017.09.147
HAL Id : hal-01922080
Tao Lé, Gérard Bidan, P. Gentile, Florence Billon, Catherine Debiemme-Chouvy et al.
Understanding the energy storage mechanisms of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-coated silicon nanowires by electrochemical quartz crystal microbalance
Materials Letters, Elsevier, 2019, 240, pp.59-61.
DOI : 10.1016/j.matlet.2018.12.119
Ref HAL : hal-01983413v1

Poster

Colloques et interventions

Présentation de poster
20-22 Juin 2016
Colloque sur les nanofils semi-conducteurs à Meudon
Poster Silicon-Germanium Nanowires for Electrogravimetric study of ion dynamics
Lé Tao, Gentile Pascal, Aradilla David, Bidan Gérard, Perrot Hubert, and Sel Ozlem
Présentation de poster
5-9 Décembre 2016
Séminaire Daniel Dautreppe : Demain l’énergie à Grenoble
Silicon Nanowires for supercapacitor devices and electrogravimetric study of ion dynamics
Lé Tao, Gentile Pascal, Aradilla David, Bidan Gérard, Perrot Hubert, and Sel Ozlem
Présentation de poster
13 Avril 2017
2D@Grenoble à Grenoble
Poster Highly N-doped vertically-oriented graphene nanosheets (VOGNs) for μ-supercapacitor devices: Design, performance and comprehension
Tao Le, David Aradilla, Marc Delaunay, Michael Buhagiar, Hubert Perrot, Ozlem Sel, Jean-Michel Gérard and Gérard Bidan
Présentation Orale
26-29 Juin 2017
Journées Electrochimie 2017 à Bordeaux
Étude électrogravimétrique du stockage électrochimique dans des électrodes à base de nanofils de silicium
Lé Tao, Gentile Pascal, Aradilla David, Bidan Gérard, Perrot Hubert, and Sel Ozlem
Présentation de orale
13-15 Novembre 2017
Journées Nationales des Nanofils Semiconducteurs (J2N) 2017 à Grenoble
Electrogravimetric study of silicon nanowire based electrodes for energy storage devices using the EQCM technique
Lé Tao, Gentile Pascal, Aradilla David, Bidan Gérard, Perrot Hubert, and Sel Ozlem
Mai 2018
ElecNano à Nancy
Unveiling the ionic exchange mechanisms in vertical graphene nanosheet supercapacitor electrodes by using ac-electrogravimetry
T. Lé, D. Aradilla, G. Bidan, F. Billon, M. Delaunay, J.M. Gérard, H. Perrot, and O. Sel
23-26 Juillet 2018
IEEE Nano à Cork (Ireland)
Unveiling the ionic exchange mechanisms in vertical graphene nanosheet supercapacitor electrodes with ac-electrogravimetry
T. Lé, D. Aradilla, G. Bidan, F. Billon, M. Delaunay, J.M. Gérard, H. Perrot, and O. Sel