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Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Sciences de l'ingénierie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9) 2010
Projet MAICANANO

Modelisation de l'adsorption des ions dans des carbones nanoporeux

Ce programme vise à apporter les bases scientifiques et mathématiques nécessaires pour la compréhension des mécanismes de transport et d'adsorption des ions d’un l'électrolyte dans les nanopores confinés, c.-à-d., dans des conditions où la théorie de la double couche électrochimique n'est plus valable.

L'objectif principal est de décrire le comportement des électrolytes liquides dans un environnement confiné. Une image atomique réaliste de tels systèmes est d'importance primaire pour expliquer les propriétés inattendues récemment rapportées dans la littérature comme la desolvatation partielle des ions ou l'augmentation de la capacité de stockage des charges dans les pores de taille inférieure au nanomètre. Plus généralement, les résultats auront des retombées dans tous les secteurs scientifiques et techniques où le transport des ions dans des membranes poreuses (avec des tailles de pores < 2nm) joue un rôle crucial. Les membranes échangeuses d’ions utilisées pour le dessalement de l'eau de mer ou encore les membranes organiques dans le corps humain sont des exemples parmi d’autres qui pourront être concernés.

Pour mener à bien ce projet, nous avons choisi d’aborder ce sujet au travers de l’augmentation anormale de la capacité de stockage des ions dans des carbones microporeux utilisés dans des électrodes de supercondensateurs, résultats découverts par un du membre du consortium, en combinant les approches expérimentale et théorique. Ce consortium associe donc un laboratoire expert en synthèses et caractérisations électrochimiques des carbones microporeux (CIRIMAT) à deux laboratoires spécialisés dans la modélisation moléculaire (PECSA et IFP).
La première étape va consister à modéliser le transport des ions dans des structures poreuses de carbone dont les pores ont une taille inférieure à 1 nm, pores accessibles seulement par désolvatation de ces ions, pour comprendre le mécanisme de desolvatation et expliquer l'augmentation associée de la capacité de stockage.

A partir de résultats expérimentaux obtenus avec des matériaux modèles spécifiquement préparés (Carbones ordonnés et liquides ioniques), la modélisation moléculaire va nous permettre a) d’expliquer l'accessibilité des ions dans les pores sub-nanométriques grâce aux calculs thermodynamiques et b) de déterminer la taille des ions aussi bien que leur environnement dans ces pores qui sont accessibles uniquement par désolvatation partielle. Nous caractériserons également le transport ionique en présence et en l'absence de champ électrique appliqué, pour optimiser les constantes de charge / décharge des carbones.

Dans une dernière étape, nous utiliserons les résultats de la modélisation moléculaire pour calculer les structures poreuses carbonées permettant d’obtenir les capacités les plus élevées dans un électrolyte donné. Ces matériaux seront alors synthétisés et examinés.

Partenaires

IFP Energies nouvelles INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE

PECSA UNIVERSITE PARIS VI [PIERRE ET MARIE CURIE]

UPS-CIRIMAT UNIVERSITE TOULOUSE III [PAUL SABATIER]

Aide de l'ANR 439 976 euros
Début et durée décembre 2010 - 36 mois

 

Programme ANR : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Sciences de l'ingénierie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9) 2010

Référence projet : ANR-10-BLAN-0933

Coordinateur du projet :
Monsieur Patrice Simon (UNIVERSITE TOULOUSE III [PAUL SABATIER])
simon@nullchimie.ups-tlse.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.