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Theses Year : 2010

Nanostructured carbons from cellulose-derivative-based aerogels for electrochemical energy storage and conversion: evaluation as EDLC electrode material

Carbones nanostructurés à base d'aérogels d'acétate de cellulose pour la conversion et le stockage électrochimique d'énergie : évaluation en tant que matériau d'électrode de supercondensateur

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Abstract

Nanostructured carbons are widely used in electrochemical energy storage and conversion devices, e.g. as electrode material for fuel cells, batteries, or still EDLCs (Electric Double Layer Capacitor). The carbon structure and surface chemistry are crucial parameters and consequently need to be adjusted to the specific application's requirements. This PhD thesis has aimed at developing a new family of nanostructured carbons: aerogels from renewable organic sol-gel precursors, i.e. pyrolyzed cellulose-acetate-based aerogels. Sol-gel synthesis parameters and drying conditions of the organic gel, as well as pyrolysis parameters (particularly the influence of the sol composition, the type of catalyst used in the sol-gel synthesis step, pyrolysis temperature, and atmosphere) have been varied systematically in order to generate a broad range of structurally different cellulose-acetate-based carbonaceous aerogels. Further, cellulose-acetate-based carbon aerogels have been exposed to different post-treatments (e.g. introduction of oxygen and nitrogen-containing surface functional groups) to create cellulose-acetate-based carbon aerogels with different surface chemistries. Finally, the performance of these cellulose-acetate-based carbon aerogels has been analyzed as EDLC electrode material.
Les carbones nanostructurés sont très largement utilisés dans les systèmes de stockage et conversion d'énergie par voie électrochimique, par exemple en tant que matériau d'électrode de pile à combustible et de batterie ou encore de supercondensateur. La structure du carbone ainsi que sa chimie de surface sont des paramètres primordiaux et doivent être adaptés aux différentes spécificités de chacune de ces applications. Dans ce cadre général, cette thèse a pour but de développer une nouvelle famille de carbones nanostructurés, les aérogels de carbone cellulosiques. Ces derniers sont obtenus par pyrolyse d'aérogels organiques élaborés à partir d'acétate de cellulose. Pour ce faire, nous avons fait varier les paramètres de synthèse sol-gel ainsi que les conditions de séchage et de pyrolyse (principalement la composition du sol, la nature du catalyseur, la température et l'atmosphère de pyrolyse) afin de générer une vaste palette de structures. Dans un second temps, ces aérogels ont subi différents post-traitements visant à modifier leur chimie de surface et ce, par introduction de groupements fonctionnels oxygénés et azotés. Finalement, les Performances de ces nouveaux aérogels de carbone ont été analysées sous la forme de matériaux d'électrode de supercondensateur.
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Dates and versions

pastel-00547497 , version 1 (16-12-2010)

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  • HAL Id : pastel-00547497 , version 1

Cite

Claudia Hildenbrand. Nanostructured carbons from cellulose-derivative-based aerogels for electrochemical energy storage and conversion: evaluation as EDLC electrode material. Other. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. English. ⟨NNT : 2010ENMP0022⟩. ⟨pastel-00547497⟩
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