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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique

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Soutenance de Thèse de Tuyen NGUYEN

Publié le 7 octobre 2015
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Soutenance 22 octobre 2015
9:30 - Instituto Superior Técnico -Portugal

Instituto Superior Técnico,

Universidade de Lisboa

Avenida Rovisco Pais,

1049-001 Lisbon, Portugal

New oxide-based electrodes for advanced redox supercapacitors

Nguyen-Tuyen-h200.jpg

Nguyen-Tuyen-h200.jpg

Thèse de Tuyen NGUYEN

Mots-clès/
keywords : electrodeposition, electrodes, nanostructure, supercapacitors, transition metal oxides

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Abstract

Transition metal oxides (TMOs) and double TMOs are promising materials for application as electrodes in pseudo supercapacitors or redox supercapacitors because they can exhibit increased energy density resulted from redox reactions. This PhD dissertation aims at studying and improving the electrochemical behavior of single TMOs - manganese oxides and at developing new double TMOs electrodes tailored for energy storage in redox supercapacitors, by depositing the active materials directly on stainless steel current collector via a flexible and costless electrodeposition route. The results have detailed the growing, physic-chemical and electrochemical characterizations of Mn oxides, Mn-Co oxides, Ni-Mn oxides and Ni-Co hydroxides prepared by electrodeposition. Tailoring the morphology and architecture these electrodes and creating surfaces exhibiting high surface area are key parameters for enhanced pseudocapacitive performance. In detail, the research work contributed to the development of novel oxide (and hydroxides) materials for redox supercapacitors by: (i) providing novel electrodes with good pseudocapacitive performance for supercapacitors (Mn oxides, Ni-Mn oxides, Ni-Co hydroxides), (ii) fully understanding the effect of annealing on the transformation from electrodeposited mixed hydroxides to mixed oxide and their correlation with electrochemical properties for the Mn-Co oxide – based electrodes, (iii) detailing the growing mechanisms of Mn oxide films electrodeposited from nitrate based electrolyte, (iv) revealing a promising way of tailoring surface morphology of electrodeposited mixed oxides by controlling the growth of single oxides, (v) understanding the nucleation mechanism of hydroxides prepared by electrodeposition (Ni-Co hydroxides).

Résumé

Les oxydes simple ou double de métaux de transition (OMTs) sont des matériaux prometteurs pour les applications en tant qu’électrode dans des pseudo supercondensateurs ou des supercondensateur redox car ils peuvent présenter un gain de densité d’énergie résultant des réactions redox. Ce mémoire de thèse a pour but l’étude et l’optimisation du comportement électrochimique d’électrodes d’ oxydes simple de manganèse ainsi que le développement de nouvelles électrodes à base d’oxydes doubles (OMTs) conçues pour le stockage d’énergie dans les supercondensateurs redox , grâce au dépôt de ces matériaux actifs sur un collecteur de courant en acier inoxydable par électrodéposition ce qui représente une technique flexible et peu couteuse. Les résultats détaillent la croissance et les caractérisations physico-chimique et électrochimique de plusieurs oxydes TMOS (TM=Mn, Mn-Co, Ni-Mn) ainsi que d’hydroxydes de Ni-Co préparés par électrodéposition. Le contrôle de la morphologie et de l’architecture des électrodes, en vue de créer des surfaces ayant des grandes surfaces actives, est le paramètre clé pour augmenter la performance du pseudo-condensateur. Dans le détail, le travail de recherche a contribué au développement de nouveau matériaux pour des électrodes à base d’oxyde (et hydroxydes) pour les supercondensateurs redox par: (i) la mise en œuvre de nouvelles électrodes avec des bonnes performances pseudocapacitive pour des supercondesateurs (Mn oxydes, Ni-Mn oxydes, Ni-Co hydroxydes), (ii) la pleine compréhension de l’effet du recuit sur la transformation de l’hydroxyde préparés par électrodéposition en oxyde et de la corrélation résultante avec les propriétés électrochimiques pour des électrodes à base d’oxyde Mn-Co, (iii) la description détaillée du mécanisme de croissance de films d’ oxyde de Mn préparés par électrodéposition à partir d’électrolytes à base de nitrates, (iv) la mise en évidence d’une méthode prometteuse de mise en forme et contrôle de la morphologie de surface d’oxydes mixtes préparés par électrodéposition et ce à travers le contrôle de la croissance d’oxyde simples , (v) la compréhension du mécanisme de nucléation des hydroxydes préparés par électrodéposition (Ni-Co hydroxydes).

Membres du jury/ Jury Members

Prof . J.C. Bordado - Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisbon (Portugal) - Président
Prof. C..Brett - Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade de Coimbra, Coimbra (Portugal)- rapporteur
Prof. A. Almeida - CeFEMA, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisbon (Portugal) - Rapporteur

Prof. L. Guerlou-Demourgues - ICMCB, Université de Bordeaux, CNRS, Bordeaux (France) -Examiner
Prof. M.G.S. Ferreira - Universidade de Aveiro, Aveiro (Portugal) - Examiner
Prof. T.M. Silva - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Lisbon (Portugal) - Examiner
Prof.M.F. Montemor - CQE, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisbon (Portugal) - Thesis Director
Dr.M. Boudard - LMGP, CNRS, Grenoble INP Minatec, Grenoble (France) - Thesis Co-director


 


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Rédigé par Michele San Martin

mise à jour le 16 mars 2017

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