MATERIAUX 2006 13-17 Novembre 2006 – Dijon, France Les assemblages polymère HDL˚: des précurseurs de répliques carbonées. Etude des propriétés texturales, capacitives et de leur fluoration Fabrice Leroux, 1 Marc Dubois, 1 Encarnacion Raymundo-Piñero, 2 Jean-Marie Nedelec, 1 François Béguin 2 1 Laboratoire des Matériaux Inorganiques, UMR 6002-CNRS, Université Blaise Pascal, 24 av. des Landais, 63177 Aubière cedex, France. E-Mail: fleroux@chimtp.univ-bpclermont.fr 2 Centre de Recherche sur la Matière Divisée, 1B rue de la Férollerie, 45071 Orléans, cedex2, France RESUME : Des répliques carbonées sont obtenues après carbonisation et déminéralisation d'édifices lamellaires hybrides composés d'une charpente inorganique, des hydroxydes doubles lamellaires (HDL), et de monomère fonctionnalisé, le styrène sulfonate. La préparation de ces édifices influence les propriétés texturales de la réplique carbonée. La plus grande surface spécifique est obtenue pour le matériau ayant subi une polymérisation in situ sous air suivie d'une carbonisation à 600°C sous azote. Les carbones sont testés comme supercondensateur électrochimique en milieu acide sulfurique. La fluoration des répliques carbonées est réalisée par un traitement thermique modéré sous atmosphère de fluor. Après la caractérisation des carbones fluorés par la RMN 19 F, les propriétés texturales sont étudiées ainsi que leur comportement électrochimique comme matériau d'électrode dans des batteries au lithium. MOTS-CLES : Polymérisation in situ, carbonisation, répliques carbonées, adsorption, fluoration. TEXTE ETENDU : 1. Introduction Sous certaines conditions particulières, des polymères ou bien encore des molécules organiques confinées dans une structure hôte peuvent générer des carbones présentant de grande surface spécifique associée à une microporosité très développée. Ceci a été illustré à partir de nombreux systèmes hybrides organique inorganique faisant intervenir des matériaux lamellaires comme les argiles. Les hydroxydes doubles lamellaires (HDL), qui présentent une densité de charge variable ainsi qu’une large gamme possible de composition cationique, s’avèrent être des candidats très intéressants pour cette chimie de confinement. Des études préliminaires ont été réalisées à partir du système hybride, hydrotalcite (composition cationique Mg 2 Al) et du poly(styrène sulfonate) [1-3]. Les matériaux HDL sont des édifices lamellaires inorganiques présentant des capacités d'échange anionique fortes. Les nombreux choix possibles quant à la nature des anions interlamellaires ainsi que celle des cations du feuillet en font des matériaux "à la demande" dont les propriétés sont déjà exploitées dans les domaines de l'environnement, de la santé et des nanocomposites [4-9]. La communication présente un condensé de résultats publiés dans la litterature [10-13] et concerne l'utilisation de la charpente inorganique de matériaux HDL pour l'obtention de répliques carbonées. Cette chimie de confinement s'appuie sur différents paramètres tels que l'accord entre la densité de charge des HDL et la taille des monomères, nécessaire pour réaliser la polymérisation in situ, et la température de carbonisation, importante pour l'optimisation des propriétés texturales. Une porosité hierarchisée est souvent souhaitée pour des applications de supercondensateur électrochimiques [14]. Le comportement des répliques carbonées est testé en milieu acide sulfurique en mode potentiostatique et galvanostatique; des capacitances massiques de 60 à 100 F/g sont mesurées. Face aux grandes surfaces spécifiques obtenues, la réactivité des répliques carbonées lors de fluoration est étudiée. Cette réactivité est bonne puisqu'un rapport C : F proche de 1 est obtenu par un traitement thermique dès 100°C. Après une caractérisation fine du processus de fluoration par la spectroscopie de résonance magnétique 19 F en rotation à l'angle magique, le comportement électrochimique des carbones fluorés est étudié en batterie lithium sur le domaine de potentiel 4 - 1,5 V vs Li.