Etude et caractérisation des matériaux d’électrodes composites à base d’un semi-conducteur métal.

Abstract

Cette thèse porte sur l’étude de l’élaboration et la caractérisation des matériaux d’électrodes composites à base d’un semi-conducteur métal pour une application dans les piles rechargeable à base de Zn/MnO2. Pour réaliser ce matériau composite, nous suivons deux étapes, la première c’est un dépôt d’un polymère conducteur (PAN ou PPy) sur ITO ou sur Platine et la deuxième c’est un dépôt de Mn ou MnO2 sur ou dans le film de polymère. Le film du polymère conducteur est obtenu par oxydation électrochimique (électropolymérisation) du monomère pyrrole (milieu organique) ou aniline (milieu aqueux). L'électrodéposition du manganèse ou du dioxyde de manganèse a été étudiée d'abord sur platine pour déterminer les conditions expérimentales. L’incorporation du Mn ou MnO2 dans le film de polymère a été effectuée par voltammétrie cyclique avec deux méthodes, la première c’est un dépôt direct de Mn ou MnO2 sur le polymère (méthode direct) et la deuxième nécessite un trempage de l’électrode composite ITO/PAN ou PPY pour insérer les ions Mn(II) dans la matrice polymérique, suivi d'une réaction électrochimique d’oxydation pour former le MnO2 ou de réduction pour former le Mn dans les pores du polymère. Ces électrodes compostes ont été utilisées pour évaluer la réduction de l’hydrogène ou de l’'oxygène. Enfin, nous avons décrit la fabrication d’une pile électrochimique à base d’une anode de Zn et d’une cathode ITO/PAN/MnO2. La pile la plus performante a délivré une puissance maximale de 6 mW/cm2.

تركز هذه الأطروحة على دراسة تطوير وتوصيف مواد الإلكترود المركبة على أساس أشباه الموصلات المعدنية للتطبيق في البطاريات القابلة لإعادة الشحن على أساس .Zn / MnO2 لصنع هذه المادة المركبة ، نتبع خطوتين ، الأولى هي إيداع بوليمر موصل( PAN أو PPy )على ITO أو البلاتين والثانية هي إيداع المنغنيز أو ثاني اكسيد المنغنيز على أو في فيلم البوليمر. يتم الحصول على فيلم البوليمر الموصّل عن طريق الأكسدة الكهروكيميائية (البلمرة الكهربائية)لاحادي البيرول (وسط عضوي) أو الأنيلين (وسط مائي). تمت دراسة الطلاء الكهربائي للمنغنيز أو ثاني أكسيد المنغنيز لأول مرة على البلاتين لتحديد الظروف التجريبية. تم تنفيذ دمج Mn أو MnO2 في فيلم البوليمر عن طريق قياس الجهد الدوري بطريقتين ، الأولى هي الإيداع المباشر لـ Mn أو MnO2 على البوليمر (الطريقة المباشرة) والثانية تتطلب نقع ITO/ PAN أو PPY قطب كهربائي مركب لإدخال أيونات Mn (II) في المصفوفة البوليمرية ، متبوعًا بتفاعل الأكسدة الكهروكيميائية لتكوين MnO2 أو الارجاع لتكوين Mn في مسام البوليمر. تم استخدام هذه الاقطاب المركبة لتقييم انخفاض الهيدروجين أو الأكسجين. أخيرًا ، وصفنا تصنيع خلية كهروكيميائية بناءً على قطب موجب Zn وقطب سالبITO/PAN/MnO2 قدمت البطارية الأكثر كفاءة طاقة قصوى تبلغ 6 ميجاوات / سم 2 .

This thesis focuses on the study of the development and characterization of composite electrode materials based on a metal semiconductor for application in rechargeable batteries based on Zn / MnO2. To make this composite material, we follow two steps, the first is a deposit of a conductive polymer (PAN or PPy) on ITO or Platinum and the second is a deposit of Mn or MnO2 on or in the polymer film. The film of the conductive polymer is obtained by electrochemical oxidation (electropolymerization) of the monomer pyrrole (organic medium) or aniline (aqueous medium). The electroplating of manganese or manganese dioxide was first studied on platinum to determine the experimental conditions. The incorporation of Mn or MnO2 in the polymer film was carried out by cyclic voltammetry with two methods, the first is a direct deposit of Mn or MnO2 on the polymer (direct method) and the second requires a soaking of the ITO/PAN or PPY composite electrode to insert the Mn(II) ions into the polymeric matrix, followed by an electrochemical oxidation reaction to form MnO2 or reduction to form Mn in the pores of the polymer. These compost electrodes were used to assess the reduction of hydrogen or oxygen. Finally, we described the manufacture of an electrochemical cell based on a Zn anode and an ITO/PAN/MnO2 cathode. The most efficient battery delivered a maximum power of 6 mW/cm2.