Le prix de thèse 2014 de la Division Chimie-Physique de la Société Chimique de France a été attribué à Céline Merlet, ancienne doctorante au laboratoire PHENIX sous la direction de Mathieu Salanne pour ses travaux sur « la modélisation de l’adsorption des ions dans les carbones nanoporeux ».
Résumé :
Développer des systèmes de stockage d’énergie performants fait partie intégrante des recherches sur les énergies nouvelles. Parmi ces systèmes de stockage, les batteries et les supercondensateurs sont au premier plan. Au sein des supercondensateurs carbone-carbone, l’énergie est stockée à l’interface électrode-électrolyte par adsorption réversible des ions. L’augmentation de capacité observée récemment dans les carbones nanoporeux1 ouvre la voie vers de nouvelles optimisations des supercondensateurs.
Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de cette super-capacité est une étape nécessaire à la rationalisation des phénomènes observés et à l’optimisation des matériaux d’électrode. La dynamique moléculaire, employée ici, est une méthode de choix pour étudier les mécanismes de stockage au sein de ces systèmes complexes. Nos simulations présentent certaines particularités comme l’utilisation d’un modèle gros grains pour décrire l’électrolyte et la représentation réaliste des électrodes grâce à l’inclusion de la conduction électronique et à l’emploi d’une structure désordonnée proche des structures expérimentales.
La détermination de la structure du liquide à l’interface électrode-électrolyte met en évidence l’influence du confinement et l’origine de l’augmentation de capacité2. Les simulations moléculaires permettent également d’étudier les phénomènes de désolvatation au sein de la structure poreuse du carbone et de corréler l’efficacité du stockage de charge avec le degré de confinement des ions3. La dynamique moléculaire fournit ainsi une interprétation microscopique aux observations macroscopiques réalisées sur les supercondensateurs.
Références :
- J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P. Simon, P.-L. Taberna, Science 2006, 313, 1760.
- C. Merlet, B. Rotenberg, P. A. Madden, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, M. Salanne, Nature Materials 2012, 11, 306.
- C. Merlet, C. Péan, B. Rotenberg, P. A. Madden, B. Daffos, P.-L. Taberna, P. Simon, M. Salanne, Nature Communications 2013, 4, 2701.
