Fabrication and characterization of chromium nitride (CrN) based micro-supercapacitors
| dc.contributor.author | GUERRA , Abdelouadoud | |
| dc.contributor.author | MOSBAH , Ammar Supervisor | |
| dc.date.accessioned | 2026-09-21T10:42:29Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.description | L’objectif de cette thèse est l’élaboration des électrodes des micro-supercondensateurs (µSC) à base de nitrure de chrome déposé sur un substrat de silicium utilisé comme collecteur de courant. Leurs performances électrochimiques peuvent être améliorées en augmentant leurs surfaces spécifiques et/ou la porosité pour une meilleure accessibilité de l’électrolyte vers le matériau actif afin d'améliorer le stockage de charge des électrodes. La première partie du premier chapitre est consacrée à l'état de l'art sur les supercondensateurs et micro supercondensateurs ainsi qu'aux différents systèmes de stockage d'énergie, aux différents types et applications des supercondensateurs et de leurs mécanismes de stockage. Dans la deuxième partie, nous décrivons la composition d'un supercondensateur ainsi que les matériaux d’électrode et les électrolytes utilisés pour la fabrication des supercondensateurs. Le deuxième chapitre concerne la fabrication des électrodes à base d'un film mince de nitrure de chrome (CrN) déposé par pulvérisation magnétron bipolaire sous incidence oblique. L'utilisation de cette nouvelle technique permet de contrôler la morphologie de la surface des électrodes qui affect direcetement leur capacité de stockage. Par la suite, nous décrirons la fabrication d'un micro-dispositif à configuration inter digité à base de CrN avec de bonnes performances électrochimiques. Le troisième chapitre est consacré au développement des électrodes composites à base de nanofils de silicium (NFSi) synthétisées via un mécanisme VLS et recouvertes d'une couche de CrN. Le revêtement des NFSi avec du CrN peut offrir des avantages, tels que la capacité faradique et la bonne conductivité électrique du composite de CrN et de NFSi. En outre, la capacité de double couche des NFSi avec une grande surface spécifique peut être ajoutée à celle du CrN. Le quatrième chapitre se concentre sur le développement des électrodes composites de nanomur de carbone (NMC) décorées par des couches de CrN. Nous décrirons les avantages d’utilisation d'un template avec une grande surface spécifique sur les performances électrochimiques des électrodes composites. La grande surface spécifique de NMC et leur bonne conductivité électrique permettent d'améliorer non seulement la capacité surfacique des électrodes à base de CrN mais également leur durée de vie. Par la suite, nous décrirons la fabrication d'un micro-dispositif avec une configuration empilé a base des électrodes CNW-CrN avec une excellente stabilité électrochimique aprés 30000 cycles. Enfin, la conclusion résume les résultats obtenus au cours de cette thèse ainsi que les perspectives envisagées. | |
| dc.description.abstract | The aim of this thesis work is the elaboration of micro-supercapacitor electrodes based on chromium nitride (CrN) deposited on a silicon current collector. Their electrochemical performance can be improved by increasing their specific surface area and/or porosity for better accessibility of the electrolyte to the active material to improve their charge storage. The first part of the first chapter is devoted to the state of the art on supercapacitors and micro supercapacitors as well as the different energy storage systems, various types and applications of supercapacitors and their storage mechanisms. In the second part, we describe the composition of a supercapacitor as well as materials and electrolytes used for the fabrication of supercapacitors. The second chapter concerns the fabrication of electrodes based on a thin film of chromium nitride (CrN) deposited by bipolar magnetron sputtering at a glancing angle (PVD-GLAD). The use of this new technique allows controlling the morphology of the surface of the electrodes which directly affected their storage capacity. Subsequently, we will describe the fabrication of a micro-device with an inter-digital configuration based on chromium nitride with good electrochemical performances. The third chapter is dedicated to the development of composite electrodes based on silicon nanowires (SiNWs) synthesized via a VLS mechanism and coated with a thin layer of highly pseudo-capacitive material of CrN. Post-coating SiNWs with CrN can offer benefits, such as enhanced faradaic capacitance and electrical conductivity of the composite made of the metal nitride and SiNWs. Furthermore, the double-layer capacitance of the SiNWs with a large specific surface area can be added to that of CrN. The fourth chapter focuses on the development of composites electrodes made with carbon nanowalls (CNW) decorated with CrN. We will describe the benefits of using a template with a large specific surface area on the electrochemical performance of the composites electrodes. The large surface area of CNW and their good electrical conductivity allows improving not only the areal capacitance of CrN based electrodes but also its cycle life. Subsequently, we will describe the fabrication of a micro-device with a staked configuration based on CNW-CrN electrodes with robust electrochemical stability over 30000 cycles. Finally, the conclusion summarizes the obtained results during this thesis as well as the prospects envisaged. | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/2695 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Sciences | |
| dc.subject | micro-supercapacitors | |
| dc.subject | areal capacitance | |
| dc.subject | carbon nanowalls | |
| dc.subject | silicon nanowires | |
| dc.subject | PVD | |
| dc.subject | glancing Angle. | |
| dc.title | Fabrication and characterization of chromium nitride (CrN) based micro-supercapacitors | |
| dc.type | Thesis |
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