Propriétés de transfert de charge des tannins pour des applications en stockage d'énergie

En 2019, le gouvernement du Canada a déclaré l'urgence climatique pour répondre aux problèmes causés par le réchauffement climatique, généré en partie par la demande croissante en énergie. Pour réduire l'empreinte carbone due à la dépendance aux centrales au gaz et au charbon, les pays se tournent vers les sources d'énergie renouvelable. Un des problèmes est que ces sources alternatives ont tendance à être intermittentes, ce qui nécessite la mise au point de nouveaux systèmes de stockage d'énergie. Un autre défi est la génération de déchets électroniques résultant de l'utilisation de plus en plus répandue de dispositifs électroniques. Une solution à ces problèmes est le développement de nouveaux systèmes de stockage d'énergie électrochimique organiques, comprenant les supercondensateurs, qui peuvent être efficaces, abordables et respectueux de l'environnement. Les tannins, métabolites secondaires des grandes plantes et facilement extraits des déchets de l'industrie forestière, seront explorés dans ce mémoire en tant que matériau actif dans les applications de stockage d'énergie. Les tannins sont composés de polyphénols pouvant s'oxyder en quinones. Le comportement électrochimique des tannins sera étudié pour deux molécules représentatives de cette famille, l'acide tannique et le (+)-catéchine. Une stratégie pour augmenter la capacité des systèmes de stockage d'énergie est l'ajout de molécules redox organiques à l'électrode ou à l'électrolyte. La première partie de ce travail examine cinq méthodes différentes de dépôt de tannins sur des électrodes en papier carbone pur (BareCP) : le dépôt par immersion dans une solution tampon, le dépôt par fixation des tannins par une membrane à échange de protons, le dépôt par fixation à l'électrode d'un réseau métal-phénolique utilisant la dopamine comme adhésif et par un dépôt en milieu acide. Chaque méthode est évaluée qualitativement pour la stabilité des tannins, l'adhérence des tannins sur l'électrode, l'impact sur l'environnement et l'augmentation de la capacité. La méthode optimale est sélectionné pour l'évaluation électrochimique des tannins et appliquée à la fabrication d'un supercondensateur. Il semble que le dépôt en milieu acide donne les résultats les plus cohérents et elle a été choisie pour poursuivre une analyse électrochimique dans le chapitre suivant. L'application galvanostatique d'un courant sur l'électrode modifie sa composition chimique de surface et sa porosité, ce qui entraîne une augmentation des performances de l'électrode. Les électrodes qui ont subi ce processus sont dites activées et sont désignées par l'acronyme AcCP. Pour comprendre les processus d'activation et de déposition, des tannins ont été déposés sur des électrodes en papier carbone pur (BareCP/TA et BareCP/Ctn) et sur des électrodes activées (AcCP/TA et AcCP/Ctn). Un troisième cas est présenté lorsque le dépôt et l'activation ont lieu simultanément (AcTACP et AcCtnCP).