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Thèmes de recherche

Liquides ioniques

Les liquides ioniques représentent une classe de composés formant une phase liquide sous les 100°C (température tout-à-fait arbitraire) dont les constituants ne sont que des ions. Cette particularité fait que les molécules des liquides ioniques interagissent fortement entre elles (les forces électrostatiques sont puissantes) et que le liquide résultant est très peu volatil. Les structures des cations et des anions disponibles permettent d’avoir une très grande stabilité thermique et électrochimique. Puisqu’ils sont constitués d’ions, les liquides ioniques sont intrinsèquement conducteurs et ne requièrent l’ajout d’aucun sel pour les utiliser en cellules électrochimiques. Les possibilités de combinaisons cations-anions et de modifications des propriétés des liquides ioniques sont quasi infinies (on estime à 10^18 le nombre de combinaisons possibles de cations-anions formant un liquide ioniques!) et les recherches actuelles tentent de mieux cibler comment la nature chimique des ions affecte les propriétés des liquides ioniques. Nos recherches portent sur l’étude des liquides ioniques qui pourraient être utilisés comme électrolytes dans des dispositifs pour le stockage d’énergie électrochimique.

 Quelques structures chimiques de base des cations et anions des liquides ioniques les plus couramment utilisés. 

Quelques structures chimiques de base des cations et anions des liquides ioniques les plus couramment utilisés. 


Liquides ioniques électroactifs

Les liquides ioniques électroactifs (ou liquides ioniques rédox, LIR) sont obtenus par la modification des cations ou anions des liquides ioniques par un groupement rédox. Différentes structures qui ont été développées et étudiées dans notre groupe sont présentées au bas. Ces liquides ioniques électroactifs permettent d’effectuer des réactions électrochimiques directement sur le solvant, contrairement aux systèmes électrochimiques traditionnels où un soluté rédox est mis en solution dans un solvant. Les relations entre la structure des LIR et leurs propriétés sont étudiées pour moduler leur viscosité, leur température de fusion et leur potentiel rédox.

 Modification du cation imidazolium par le ferrocène

Modification du cation imidazolium par le ferrocène

 Modification du cation imidazolium par le di-tertbutyl-dimethoxybenzène

Modification du cation imidazolium par le di-tertbutyl-dimethoxybenzène

 Modification de l'anion TFSI par le ferrocène

Modification de l'anion TFSI par le ferrocène


Liquides ioniques en batteries

Les liquides ioniques électroactifs présentés plus haut sont étudiés comme électrolytes et additifs rédox dans les batteries lithium-ions. Les additifs rédox sont des molécules solubilisées dans l’électrolyte de la batterie et sont utilisés pour protéger la cathode (électrode à haut voltage) contre la suroxydation et sa dégradation. Le développement de liquides ioniques électroactifs comme électrolyte en batteries permet d’allier la stabilité des liquides ioniques avec le mécanisme de protection de cathode.


Supercapacités électrochimiques

Les systèmes pseudocapacitifs sont principalement étudiés dans notre groupe afin de développer de nouveaux électrolytes. Ces systèmes, appelés aussi pseudocapacités, utilisent des réactions faradiques (rédox) en surface et dans le matériau d’électrode pour emmagasiner et fournir de l’énergie électrique. Des matériaux tels que le dioxyde de ruthénium sont étudiés dans des liquides ioniques protiques (liquides ioniques générés par le transfert de proton) pour comprendre comment les transferts hétérogènes de protons sont affectés par la nature du liquide ionique. Plus d’information disponible dans ce document.


Extraction des ions de terres rares

Les liquides ioniques sont utilisés pour l’extraction d’ions de terres rares à partir de solutions aqueuses acides. Les liquides ionique sont soit utilisés en tant que solvant dans lequel les agents extractants sont dissouts pour effectuer l’extraction ou encore modifiés chimiquement pour porter un groupement fonctionnel pour l’extraction. L’effet de la nature des ions sur l’efficacité et la sélectivité de l’extraction des ions de terres rares est étudié.