Électrodes Nanostructurées Multifonctionnelles – ENaMU

Ce projet vise des aspects fondamentaux d'Electrodes NAnocomposites MUltifonctionnelles (ENaMU, en anglais : NAMUEL) réalisées à partir de polymères conducteurs électroniques (PCE) ou de systèmes pi-conjugués avec des nanotubes de carbone alignés. (NTC) Parmi les nombreuses applications possibles, ces ENaMU seront étudiées selon leur propriétés électcrochimiques dans des cellules type supercondensateurs, mais aussi des cellules solaires de type TiO2 sensibilisées, des senseurs électrochimiques et dans une moindre mesure, pour le stockage du CO2. Ces différentes applications sont parmi les sujets de recherche extrêmement importants de nos jours (conversion/économies d'énergie, stockage, domaine de la santé et environnement)

Les supercondensateurs et les cellules photovoltaiques seront principalement étudiées comme application étant donné que le LPPI a une forte expérience dans ces domaines. Concernant les senseurs électrochimiques, ce domaine d'études est émergent au LPPI depuis deux ans. Ici, les nanocomposites seront étudiés en tant que matériau d'électrode prometteur pour cette application. Enfin dans le cas du stockage du CO2, seules les potentialités des ENaMU seront regardées comme possibilité future de développement.

Pour les supercondensateurs, des défauts majeurs subsistent pour les PCE (cyclabilité limitée, stabilité réduite) et pour les NTC (couts de fabrication, risques sanitaires) et sont présentés comme des freins de leur développement commercial. Pour ces raisons, il n'existe pas de forte demande industrielle actuellement. Par exemple, l'industrie a besoin de supercondensateurs comme sources de puissance additionelle pour des batteries, des générateurs électriques stationnaires... Ainsi, des supercondensateurs fait à partir de PCE ne peuvent rivaliser avec les solutions existantes comme les carbones poreux. Néanmoins l'émergence des liquides ioniques (sels fondus) offre des perspectives innovantes pour les PCE en les associant à des NTC de grande surface spécifique (50m²/g). Ainsi, on peut développer des application de µ-supercondensateurs associés à des systèmes électroniques à base de composants organiques deplus en plus petits. Par exemple, un des avantage majeur serait d'obtenir des densités de courant très élevées dans des laps de temps plus courts dans des besoins d'apport de puissance. Ici, de tels éléments électroniques permettraient de gagner en poids (téléphones portables, ordinateurs portables, GPS...) Pour cela, les nanocomposites élaborés nécessitent un véritable controle de leur morphologie, un contrôle de l'épaisseur du PCE déposé sur le NTC et des degrés de pureté élevés pour chacun des éléments composant le nanocomposite.

Dans les cellules solaires, les ENaMU peuvent offrir des possibilités innovantes pour élaborer des cellules de type Graetzel tout-solide TiO2-colorant/PCE-NTC pouvant notamment améliorer significativement l'efficacité de conversion comparé à l'existant (solid-state Graetzel cells with spirofluorene, conversion yield~2-3%). Dans les systèmes que nous étudierons, les transports de trous seront optimisés dans une couche PCE d'épaisseur contrôlée de façon extrêmement précise. Ainsi, les recombinaisons électron-trou non désirées auront de plus faibles probabilités de se produire.

Dans le domaine des capteurs électrochimiques, les ENaMU apporteront une possibilité d'augmenter le nombre de site où un analyte pourra interagir à la surface de l'ENaMU. Les capteurs développés sont en général des µ-électrodes, pour lesquelles il est important de pouvoir travailler avec de grandes surfaces comme des électrodes poreuses comme celles que nous allons élaborer.

Dans le domaine du stockage du CO2, l'ENaMU pourra éventuellement être évaluée par le biais d'un collaborateur de ce projet. Dans cette optique, il sera prévu que des expériences prémilinaires d'adsorption de CO2 soient réalisées.