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De nouveaux hydrogels composites pour la production et le stockage énergétique
Résumé :
Les hydrogels sont des matériaux poreux visco-élastique formés d’un réseau tridimensionnel généralement de polymères capables d’absorber une grande quantité d’eau. Du fait de leurs propriétés, on les utilise principalement dans l’industrie pharmaceutique, agroalimentaire et dans le domaine des biotechnologies. Au cours de cette thèse, nous proposons d’ouvrir une voie encore peu exploitée qui est l’intégration des hydrogels pour le stockage et la production d’énergie. Dans un premier temps, les étapes qui ont conduit à la formulation ainsi qu’à la caractérisation physico-chimique d’une électrode poreuse à base d’alginate, un polyélectrolyte naturel, et de nanotubes de carbone sont décrites. Une première application consiste à encapsuler des bactéries électro-actives dans la matrice composite de carbone pour la production d’énergie. Le métabolisme particulier de la bactérie anaérobie Geobacter sulfurreducens permet des transferts d’électrons avec le milieu extérieur grâce à des réactions d’oxydo-réduction. Le suivi du courant dans le temps permet ainsi de montrer la prolifération et la viabilité des bactéries dans l’hydrogel jusqu’à déplétion du milieu en nutriments. Une seconde application est l’incorporation de particules d’intercalation du lithium dans cet hydrogel hybride, un matériau potentiellement utilisé dans des batteries en écoulement aqueuse. La caractérisation électro-chimique des couples redox λ-〖MnO〗_2/〖LiMn〗_2 O_4 〖FePO〗_4/〖LiFePO〗_4 au sein de l’hydrogel, montrera qu’il est possible de développer une batterie ion-lithium aqueuse d’une tension nominale de 0.65 V. Ce travail aura donc permis de mettre en avant l’intérêt et les perspectives de cet hydrogel conducteur pour le domaine énergétique.