Titre :	Synthèse de composites d'oxyde/hydroxyde de nickel cobaltite NiCo2O4/NiOOH avec du carbone dérivé de la biomasse pour des matériaux d’électrodes de supercondensateurs
Type de document :	texte imprimé
Auteurs :	Modou Diop, Auteur
Editeur :	Dakar : Université Cheikh Anta Diop de Dakar : Ecole Doctorale Physique, Chimie, Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'Ingénieur
Année de publication :	2024
Importance :	132 P.
Format :	29 cm.
Langues :	Français (fre)
Mots-clés :	Stockage d'energie  Supercondensateur  Energie  Composite  Stockage  Electrode  Batterie  Nanocomposite  Anacardium occidentale  oxyde de nickel-cobaltite  composites  carbone de la biomasse  spinelle NiCo2O4  NiOOH  Oxyde de nickel cobaltite  Hydroxyde de nickel cobaltite  NiCo2O4  carbone dérivé  Biomasse  Matériaux d’électrodes
Résumé :	Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie capables de fournir des densités de puissance élevées et de longue durée de vie, grâce aux propriétés remarquables des matériaux utilisés comme électrodes. Leurs densités d'énergie et de puissance sont comprises entre celles des batteries et des condensateurs classiques. Ils sont actuellement employés dans divers domaines d'application à la place des batteries. Les modèles les plus commercialisés utilisent principalement des matériaux à comportement capacitif et présentent de bonnes densités de puissance, mais avec des densités d'énergie relativement faibles. En revanche, les supercondensateurs qui utilisent les matériaux de type faradique ont des densités d’énergie élevées ; cependant, leur application est limitée par la faible densité de puissance et la courte durée de vie. Ainsi, l'objectif de cette étude est de concevoir des nanocomposites à base de carbone dérivé de la biomasse végétale, notamment les écorces d'Anacardium occidentale, et de l'oxyde de nickel-cobaltite. Ces nanocomposites seront utilisés pour fabriquer des électrodes de supercondensateurs (SCs), et leurs performances électrochimiques optimisées afin d'améliorer la densité d'énergie tout en conservant une bonne densité de puissance. À cet effet, les composites NiCoO@BC ont été synthétisés à partir d’oxydes de nickel-cobaltite (NiCoO) et de carbone dérivé de la biomasse, en utilisant une méthode hydrothermale simple et économique à basse température. Les analyses des propriétés structurales et morphologiques des échantillons obtenus, indiquent une bonne incorporation du carbone dérivé de la biomasse dans la matrice de l’oxyde de nickel-cobaltite. Notamment, les résultats issus des mesures de la spectroscopie électronique à rayons X des échantillons obtenus aux différents temps de synthèse (2 h, 4 h, 8 h et 16 h) révèlent que la quantité de carbone augmente de 2 h à 4 h, puis diminue au-delà. Ce qui montre que 4 h est la durée optimale de synthèse requise pour maximiser la quantité de carbone avec une température de 150 °C. Les mesures Raman montrent également la bande G, qui renvoie au mode de vibration du carbone sp2 dans une structure graphitique, bénéfique pour le stockage de charges, et la bande D (défauts) correspondant au mode de vibration du carbone dans une structure désordonnée. iv Ensuite, l’exploitation de la synergie entre les deux types de matériaux faradiques (NiCoO) et capacitifs (BC), avec des techniques de caractérisation électrochimique permet de montrer les performances prometteuses du composite. Les mesures effectuées avec un dispositif à trois électrodes montrent que l’échantillon NiCoO@BC(4h) offre les meilleures performances électrochimiques. Il présente une faible résistance série équivalente (ESR) de 0,36 Ω et une capacité spécifique de 475 F g-1 à 0,5 A g-1, ainsi qu'une bonne stabilité de cyclage. Ces performances électrochimiques, supérieures à celles de l’échantillon de référence (NiCoO), sont alors attribuées à la synergie efficace entre les nanoparticules d'oxyde métallique et le carbone issu de la biomasse. Le supercondensateur asymétrique (ASC : NiCoO@BC(4h)//AC), fabriqué avec le composite NiCoO@BC(4h) comme électrode positive et le charbon actif (AC) comme électrode négative, présente des densités d'énergie de 20 Wh kg-1 et de puissance de 900 W kg-1, ains qu’une large plage de potentiel de 1,6 V. Le dispositif conserve également 65 % de sa capacité spécifique de 0,5 A g-1 à 10 A g-1, 99 % de son efficacité coulombique et 78 % de sa capacité spécifique après 15 000 cycles. Les résultats prometteurs du composite d'oxyde de nickel-cobaltite avec des matériaux carbonés dérivés d'écorces d’Anacardium occidentale (NiCoO@BC) pourraient faire du supercondensateur une technologie de stockage d'énergie propre et adaptée à diverses applications. Dans le but d’explorer d’autres types de carbone issus de la biomasse, la cellulose et la lignine sont extraites de l’écorce d’Anacardium occidentale en utilisant une méthode de Kraft assistée par micro-ondes. Ensuite, ces polymères (cellulose et lignine) et le NiCoO sont utilisés pour fabriquer les composites NiCoO@Cellulose et NiCoO@Lignine, en utilisant la même méthode hydrothermale que pour le premier composite. Les matériaux composites NiCoO@Cellulose et NiCoO@Lignine, utilisés comme électrodes positives, révèlent des capacités spécifiques élevées de 605 et 497 F g-1 à une densité de courant de 0,5 A g-1. Ils montrent également d’excellentes efficacités coulombiques de 99 % et 76 %, ainsi que de bonnes rétentions de capacité de 98 % et 76 % après 7000 cycles, respectivement. Le composite NiCoO@Cellulose, qui présente les meilleures performances, est utilisé comme électrode positive et le charbon actif (AC) comme électrode négative dans un dispositif de supercondensateur asymétrique (NiCoO@Cellulose//AC). Ce dispositif fournit une densité v d'énergie de 22 Wh kg-1 et de puissance de 537 W kg-1, ainsi qu'une bonne stabilité avec une efficacité coulombique de 99 % et une rétention de capacité de 80 % après 15 000 cycles. Cependant, les résultats du dispositif (NiCoO@Cellulose//AC) ne montrent pas l’amélioration attendue des performances électrochimiques par rapport au NiCoO@BC, ce qui indique la nécessité de poursuivre l’optimisation de ses performances électrochimiques. La faible densité de puissance pourrait être due à l’augmentation considérable du potentiel de travail, qui passe de 1.6 V à 2.1 V. Elle pourrait également résulter d’autres paramètres tels que l’équilibre de masse entre les deux électrodes, qui méritent encore d’être optimisés.
Permalink :	https://bibliothequefst.ucad.sn/index.php?lvl=notice_display&id=2304

Synthèse de composites d'oxyde/hydroxyde de nickel cobaltite NiCo2O4/NiOOH avec du carbone dérivé de la biomasse pour des matériaux d’électrodes de supercondensateurs [texte imprimé] / Modou Diop, Auteur . - Dakar : Université Cheikh Anta Diop de Dakar : Ecole Doctorale Physique, Chimie, Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'Ingénieur, 2024 . - 132 P. ; 29 cm.
Langues : Français (fre)

Mots-clés :	Stockage d'energie  Supercondensateur  Energie  Composite  Stockage  Electrode  Batterie  Nanocomposite  Anacardium occidentale  oxyde de nickel-cobaltite  composites  carbone de la biomasse  spinelle NiCo2O4  NiOOH  Oxyde de nickel cobaltite  Hydroxyde de nickel cobaltite  NiCo2O4  carbone dérivé  Biomasse  Matériaux d’électrodes
Résumé :	Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie capables de fournir des densités de puissance élevées et de longue durée de vie, grâce aux propriétés remarquables des matériaux utilisés comme électrodes. Leurs densités d'énergie et de puissance sont comprises entre celles des batteries et des condensateurs classiques. Ils sont actuellement employés dans divers domaines d'application à la place des batteries. Les modèles les plus commercialisés utilisent principalement des matériaux à comportement capacitif et présentent de bonnes densités de puissance, mais avec des densités d'énergie relativement faibles. En revanche, les supercondensateurs qui utilisent les matériaux de type faradique ont des densités d’énergie élevées ; cependant, leur application est limitée par la faible densité de puissance et la courte durée de vie. Ainsi, l'objectif de cette étude est de concevoir des nanocomposites à base de carbone dérivé de la biomasse végétale, notamment les écorces d'Anacardium occidentale, et de l'oxyde de nickel-cobaltite. Ces nanocomposites seront utilisés pour fabriquer des électrodes de supercondensateurs (SCs), et leurs performances électrochimiques optimisées afin d'améliorer la densité d'énergie tout en conservant une bonne densité de puissance. À cet effet, les composites NiCoO@BC ont été synthétisés à partir d’oxydes de nickel-cobaltite (NiCoO) et de carbone dérivé de la biomasse, en utilisant une méthode hydrothermale simple et économique à basse température. Les analyses des propriétés structurales et morphologiques des échantillons obtenus, indiquent une bonne incorporation du carbone dérivé de la biomasse dans la matrice de l’oxyde de nickel-cobaltite. Notamment, les résultats issus des mesures de la spectroscopie électronique à rayons X des échantillons obtenus aux différents temps de synthèse (2 h, 4 h, 8 h et 16 h) révèlent que la quantité de carbone augmente de 2 h à 4 h, puis diminue au-delà. Ce qui montre que 4 h est la durée optimale de synthèse requise pour maximiser la quantité de carbone avec une température de 150 °C. Les mesures Raman montrent également la bande G, qui renvoie au mode de vibration du carbone sp2 dans une structure graphitique, bénéfique pour le stockage de charges, et la bande D (défauts) correspondant au mode de vibration du carbone dans une structure désordonnée. iv Ensuite, l’exploitation de la synergie entre les deux types de matériaux faradiques (NiCoO) et capacitifs (BC), avec des techniques de caractérisation électrochimique permet de montrer les performances prometteuses du composite. Les mesures effectuées avec un dispositif à trois électrodes montrent que l’échantillon NiCoO@BC(4h) offre les meilleures performances électrochimiques. Il présente une faible résistance série équivalente (ESR) de 0,36 Ω et une capacité spécifique de 475 F g-1 à 0,5 A g-1, ainsi qu'une bonne stabilité de cyclage. Ces performances électrochimiques, supérieures à celles de l’échantillon de référence (NiCoO), sont alors attribuées à la synergie efficace entre les nanoparticules d'oxyde métallique et le carbone issu de la biomasse. Le supercondensateur asymétrique (ASC : NiCoO@BC(4h)//AC), fabriqué avec le composite NiCoO@BC(4h) comme électrode positive et le charbon actif (AC) comme électrode négative, présente des densités d'énergie de 20 Wh kg-1 et de puissance de 900 W kg-1, ains qu’une large plage de potentiel de 1,6 V. Le dispositif conserve également 65 % de sa capacité spécifique de 0,5 A g-1 à 10 A g-1, 99 % de son efficacité coulombique et 78 % de sa capacité spécifique après 15 000 cycles. Les résultats prometteurs du composite d'oxyde de nickel-cobaltite avec des matériaux carbonés dérivés d'écorces d’Anacardium occidentale (NiCoO@BC) pourraient faire du supercondensateur une technologie de stockage d'énergie propre et adaptée à diverses applications. Dans le but d’explorer d’autres types de carbone issus de la biomasse, la cellulose et la lignine sont extraites de l’écorce d’Anacardium occidentale en utilisant une méthode de Kraft assistée par micro-ondes. Ensuite, ces polymères (cellulose et lignine) et le NiCoO sont utilisés pour fabriquer les composites NiCoO@Cellulose et NiCoO@Lignine, en utilisant la même méthode hydrothermale que pour le premier composite. Les matériaux composites NiCoO@Cellulose et NiCoO@Lignine, utilisés comme électrodes positives, révèlent des capacités spécifiques élevées de 605 et 497 F g-1 à une densité de courant de 0,5 A g-1. Ils montrent également d’excellentes efficacités coulombiques de 99 % et 76 %, ainsi que de bonnes rétentions de capacité de 98 % et 76 % après 7000 cycles, respectivement. Le composite NiCoO@Cellulose, qui présente les meilleures performances, est utilisé comme électrode positive et le charbon actif (AC) comme électrode négative dans un dispositif de supercondensateur asymétrique (NiCoO@Cellulose//AC). Ce dispositif fournit une densité v d'énergie de 22 Wh kg-1 et de puissance de 537 W kg-1, ainsi qu'une bonne stabilité avec une efficacité coulombique de 99 % et une rétention de capacité de 80 % après 15 000 cycles. Cependant, les résultats du dispositif (NiCoO@Cellulose//AC) ne montrent pas l’amélioration attendue des performances électrochimiques par rapport au NiCoO@BC, ce qui indique la nécessité de poursuivre l’optimisation de ses performances électrochimiques. La faible densité de puissance pourrait être due à l’augmentation considérable du potentiel de travail, qui passe de 1.6 V à 2.1 V. Elle pourrait également résulter d’autres paramètres tels que l’équilibre de masse entre les deux électrodes, qui méritent encore d’être optimisés.
Permalink :	https://bibliothequefst.ucad.sn/index.php?lvl=notice_display&id=2304