Graphene-based Supercapacitors

In Chapter I, the current worldwide energy scenario is thoroughly presented, along with the recent development in renewable technologies. The crucial need of energy storage devices is presented. Electrical storage technologies, with a focus on electrochemical storage, are reviewed. Chapter II deals with the fundamentals of Supercapacitors such as operating principles and cell architectures. Moreover, the history of Graphene is reported with the recent development on its synthesis and production. Materials used to enhance the performance of Graphene-based Supercapacitors are presented. Chapter III is focused on the electrochemical characterization of Graphene-based Supercapacitors with the different measurements available for the performance evaluation and the key parameters. In Chapter IV, a comparison study was performed among several graphene composites containing metal oxides or metal dichalcogenides. However, this chapter was aimed to in-situ synthesize a hybrid 1T-2H-molybdenum disulphide together with the reduction of graphene oxide by one-pot hydrothermal synthesis. The supercapacitor resulting from this innovative hybrid demonstrates outstanding electrochemical performance with a stability up to 50.000 cycles. Chapter V deals with the hydrothermal synthesis of reduced graphene oxide aerogel decorated with molybdenum oxide particles. This work was carried out to demonstrate the feasibility of the concomitant hydrothermal processes using the L-ascorbic acid (Vitamin C) as reducing agent. The addition of this green reducing agent induces a better reduction of graphene oxide and a higher reproducibility of the desired chemical reduction yield. The presence of molybdenum oxide particles permits to increase the specific capacitance using Faradaic processes. As-synthesized materials are tested in micro-supercapacitors in Chapter VI. PDMS-based micro-supercapacitors were fabricated through a simple photolithographic process. Moreover, the use of a conductive binder, PEDOT:PSS, is investigated. The binder induces the formation of a spring-like rod configuration with the embedded active material. This spatial conformation is determined by the filling of the interdigitated channels by capillarity. As-fabricated micro-supercapacitors show high flexibility and good cycling stability. Finally, Chapter VII presents the integration of supercapacitor devices to textiles fabrics. Two different works are presented: synthesis and characterization of an in-situ reduced graphene oxide aerogels onto a copper wire; and fabrication of exfoliated graphene-based wearable supercapacitors. The first part shows a peculiar morphology of the aerogel wadded around the current collector. The fabricated device demonstrates outstanding electrochemical properties in comparison with state-of-the-art works. Moreover, flexibility tests are performed and results are encouraging. In the second part, high performance exfoliated graphene-based wearable supercapacitors are studied. The padding method allows to produce 100 meters of textile fabrics coated with electrochemical exfoliated graphene. Obtained results are promising but, more importantly, the approach used is scalable and cost-effective. The experimental part of this thesis has been carried out in the Center for Sustainable Future Technologies (Istituto Italiano di Tecnologia, Torino), in the Department of Applied Science and Technology (Politecnico di Torino), in the School of Chemistry and the National Graphene Institute (The University of Manchester, UK). The work was mainly focused on the synthesis and development of active materials prior to be tested for electrode in supercapacitor applications

A Facile and Green Synthesis of a MoO2-Reduced Graphene Oxide Aerogel for Energy Storage Devices

A simple, low cost, and "green" method of hydrothermal synthesis, based on the addition of l-ascorbic acid (l-AA) as a reducing agent, is presented in order to obtain reduced graphene oxide (rGO) and hybrid rGO-MoO2 aerogels for the fabrication of supercapacitors. The resulting high degree of chemical reduction of graphene oxide (GO), confirmed by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis, is shown to produce a better electrical double layer (EDL) capacitance, as shown by cyclic voltammetric (CV) measurements. Moreover, a good reduction yield of the carbonaceous 3D-scaffold seems to be achievable even when the precursor of molybdenum oxide is added to the pristine slurry in order to get the hybrid rGO-MoO2 compound. The pseudocapacitance contribution from the resulting embedded MoO2 microstructures, was then studied by means of CV and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The oxidation state of the molybdenum in the MoO2 particles embedded in the rGO aerogel was deeply studied by means of XPS analysis and valuable information on the electrochemical behavior, according to the involved redox reactions, was obtained. Finally, the increased stability of the aerogels prepared with l-AA, after charge-discharge cycling, was demonstrated and confirmed by means of Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) characterization

Graphene/Ruthenium Active Species Aerogel as Electrode for Supercapacitor Applications

Ruthenium active species containing Ruthenium Sulphide (RuS2) is synthesized together with a self-assembled reduced graphene oxide (RGO) aerogel by a one-pot hydrothermal synthesis. Ruthenium Chloride and L-Cysteine are used as reactants. The hydrothermal synthesis of the innovative hybrid material occurs at 180 °C for 12 h, by using water as solvent. The structure and morphology of the hybrid material are fully characterized by Raman, XRD, XPS, FESEM and TEM. The XRD and diffraction pattern obtained by TEM display an amorphous nanostructure of RuS2 on RGO crystallized flakes. The specific capacitance measured in planar configuration in 1 M NaCl electrolyte at 5 mV s−1 is 238 F g−1. This supercapacitor electrode also exhibits perfect cyclic stability without loss of the specific capacitance after 15,000 cycles. In summary, the RGO/Ruthenium active species hybrid material demonstrates remarkable properties for use as active material for supercapacitor applications

La patrimonialisation par la planification urbaine française : pour un nouveau récit territorial ouvert aux patrimoines industriels ?

International audienceLa protection du patrimoine industriel en France a longtemps relevé d’une compétence exclusive de l’État, exercée au travers d’un outil essentiel : le classement (ou l’inscription) des monuments historiques (M.H.). Ignorés par cette politique patrimoniale centralisée (loi du 31 déc. 1913), les objets du patrimoine industriel ont fait une entrée progressive dans le patrimoine national, principalement à partir des années 1980. Depuis une quarantaine d’années, un angle mort des patrimoines est donc entré dans la lumière du patrimoine national et a fait l’objet à ce titre de très nombreuses études. Ce patrimoine a également bénéficié, à la même époque, de la mise en oeuvre d’un outil patrimonial partiellement décentralisé : la Zone de protection du patrimoine architectural, urbain et paysager (rebaptisée Aire de valorisation de l’architecture et du patrimoine en 2010).Mais aujourd’hui, un nouvel étage de protection du patrimoine bâti se développe : la planification urbaine (dénommée Plan Local d’Urbanisme - PLU) identifie des patrimoines territoriaux afin de leur accorder une protection réglementaire, plus ou moins affirmée selon les documents. Parmi ces patrimoines, le patrimoine industriel constitue une catégorie émergente dans certaines collectivités mais aussi parfois un axe structurant de la politique patrimoniale décentralisée de la commune ou de l’intercommunalité. Ces différences d’action publique révèlent des projets politiques contrastés par une attention forte ou au contraire discrète au patrimoine industriel, témoignant de valeurs patrimoniales diversifiées et d’usages également nombreux.La présente communication examinera le rôle de cette planification urbaine, en pleine expansion sur la désignation des patrimoines, du point de vue du projet politique et de la narration patrimoniale de la ville en matière de patrimoine industriel. A travers le prisme du PLU, assiste-t-on à une requalification de ces patrimoines industriels, soit par une entrée dans la planification de patrimoines laissés pour compte jusqu’à présent, soit par une évolution des valeurs sociétales attachées à ces patrimoines industriels ? Sous cet angle, quels effets produisent des outils complémentaires comme les sites patrimoniaux remarquables (SPR, créés en 2016) ou les labels ? Quels sont les critères de patrimonialisation de ce patrimoine industriel : son intérêt scientifique, sa place dans le paysage urbain, sa fonction touristique, sa contribution au renouvellement urbain ou sa valeur mémorielle ?Trois villes sont proposées comme terrains d’application de ces questionnements : Angers, Nantes et saint Nazaire. Il s’agit de 3 villes du nord-ouest de la France (Pays de la Loire), toutes les 3 labellisées « Ville d’Art et d’Histoire ». Les 2 premières méritent un « rechargement » de l’analyse de leur politique patrimoniale en matière industrielle, après une 1re étude comparative réalisée en 2005 (Garat, Gravari-Barbas et Veschambre). Depuis cette date, comment les politiques patrimoniales de ces 2 villes ont elles évolué ? Au vu des 1ers résultats issus d’un programme de recherche (cf. ci-après), il semblerait que dans les 2 cas, la valeur politique du patrimoine industriel ait été renforcée, mais inégalement au regard de l’acceptation différenciée des héritages sociaux. La 3ème ville, saint Nazaire, grand port industriel situé sur l’estuaire de la Loire, s’impose dans notre étude en raisond’une part de son histoire industrielle commune avec Nantes et d’autre part de sa politique patrimoniale particulièrement volontariste, lui permettant de mobiliser pleinement à la fois les outils décentralisés mais aussi la procédure de classement des M.H. par l’État, en attente d’un futur SPR comme il en existe à Nantes puis à Angers depuis 2019.La communication proposée permettra de valoriser et prolonger un programme de recherches (« PLU patrimonial ») financé par l’Agence nationale de la recherche (2015-2019), mené par A. de Lajartre et M. Gigot, sur la capacité du PLU à se saisir des patrimoines territoriaux, en interaction avec certains outils spécifiques aux patrimoines (SPR et labels). En complément, les auteurs réaliseront des entretiens avec les collectivités étudiées, les services de l’État (Architectes des Bâtiments de France et Conservation des monuments historiques)

L'innovation patrimoniale dans la planification urbaine territoriale : pour une territorialisation inégalitaire des nouveaux patrimoines ?

International audienceL'innovation patrimoniale dans la planification urbaine territoriale : pour une territorialisation inégalitaire des nouveaux patrimoines ?</p

L'innovation patrimoniale dans la planification urbaine territoriale : pour une territorialisation inégalitaire des nouveaux patrimoines ?

International audienceL'innovation patrimoniale dans la planification urbaine territoriale : pour une territorialisation inégalitaire des nouveaux patrimoines ?</p

L'innovation patrimoniale dans la planification urbaine française : pour une territorialisation inégalitaire des nouveaux patrimoines ?

International audienceDepuis le XIXe siècle, l’État unitaire qu’est la France protège son patrimoine national. Elle a adopté pour cela plusieurs lois toujours en vigueur actuellement : en 1913 pour les monuments historiques (MH) complétée en 1943 par le système des abords, en 1930 pour les sites naturels, et en 1962 pour les secteurs sauvegardés. A partir de 1983, année de transition vers une République décentralisée, l’État a mis à disposition des collectivités territoriales (mais sous son contrôle) un nouvel outil de protection et de valorisation des patrimoines : la ZPPAUP, rebaptisée AVAP à partir des lois Grenelle en 2010. Du monument au territoire, le système de protection s’est étoffé, prenant en compte des patrimoines de plus en plus diversifiés. En 2016, l’État a remanié l’ensemble de ces outils, (dans une logique plus formelle que réelle de simplification du droit,) en créant les sites patrimoniaux remarquables, aux côtés des périmètres délimités des abords de MH. Malgré l’ouverture indéniable de ces outils aux collectivités locales, l’État garde largement le contrôle du processus de patrimonialisation en France (à la fois dans l’identification de ce qui fait patrimoine que dans sa gestion). Pourtant, depuis près d’une quinzaine d’années, une innovation juridique se développe en matière patrimoniale dans le cadre d’un outil de planification territoriale de droit commun : le Plan Local d’Urbanisme (PLU) s’ouvre en effet à de nouveaux patrimoines, non protégés par l’État et qualifiés différemment selon les acteurs (patrimoine de proximité, vernaculaire, du quotidien, etc.). Cette innovation, marginale au début des années 2000 et réservée à des villes de grande taille, fait école : un grand nombre de PLU comportent désormais un véritable volet patrimonial mais à géométrie variable selon les territoires. Cette observation est l’un des résultats du programme de recherche sur le PLU patrimonial , conduit par une équipe de chercheurs en droit et géographie. Au travers des cas étudiés, cette innovation normative communément appelée « PLU patrimonial » transforme en partie le projet territorial mais selon un volontarisme politique générant de l’inégalité patrimoniale selon les territoires

Le plan local d'urbanisme français : un instrument orienté de pédagogie citoyenne du paysage

International audienceCette communication repose sur un programme de recherches financé par l’ANR (2016-2019) et portant sur le thème du « PLU patrimonial ». Dans ce cadre, l’équipe (géographes et juristes des universités d’Angers, de Tours et de Lyon 2 + l’école d’architecture de Lyon) étudie les contenus de plusieurs dizaines de Plans Locaux d’Urbanisme (et pour certains leur historique et les conditions de leur élaboration) afin d’en déterminer le potentiel en matière d’identification et de protection des patrimoines ; quelques exemples seront retenus pour cette communication (Orléans, Rennes, Angers, Montoire sur le Loir). A ce titre, nous examinons en particulier la prise en compte du paysage dans la planification urbaine. Indépendamment de la manière dont les PLU « remplissent » la notion de paysage, il est intéressant d’observer comment ils en parlent et comment ils font parler le paysage par la même occasion. Les PLU participent ainsi indiscutablement d’une pédagogie du paysage, à la fois lors des procédures d’adoption et de mise en œuvre de la planification, mais aussi par le vocabulaire retenu au travers des différents documents constituant le dossier de PLU

La patrimonialisation par la planification urbaine française : pour un nouveau récit territorial ouvert aux patrimoines industriels ?

International audienceLa protection du patrimoine industriel en France a longtemps relevé d’une compétence exclusive de l’État, exercée au travers d’un outil essentiel : le classement (ou l’inscription) des monuments historiques (M.H.). Ignorés par cette politique patrimoniale centralisée (loi du 31 déc. 1913), les objets du patrimoine industriel ont fait une entrée progressive dans le patrimoine national, principalement à partir des années 1980. Depuis une quarantaine d’années, un angle mort des patrimoines est donc entré dans la lumière du patrimoine national et a fait l’objet à ce titre de très nombreuses études. Ce patrimoine a également bénéficié, à la même époque, de la mise en oeuvre d’un outil patrimonial partiellement décentralisé : la Zone de protection du patrimoine architectural, urbain et paysager (rebaptisée Aire de valorisation de l’architecture et du patrimoine en 2010).Mais aujourd’hui, un nouvel étage de protection du patrimoine bâti se développe : la planification urbaine (dénommée Plan Local d’Urbanisme - PLU) identifie des patrimoines territoriaux afin de leur accorder une protection réglementaire, plus ou moins affirmée selon les documents. Parmi ces patrimoines, le patrimoine industriel constitue une catégorie émergente dans certaines collectivités mais aussi parfois un axe structurant de la politique patrimoniale décentralisée de la commune ou de l’intercommunalité. Ces différences d’action publique révèlent des projets politiques contrastés par une attention forte ou au contraire discrète au patrimoine industriel, témoignant de valeurs patrimoniales diversifiées et d’usages également nombreux.La présente communication examinera le rôle de cette planification urbaine, en pleine expansion sur la désignation des patrimoines, du point de vue du projet politique et de la narration patrimoniale de la ville en matière de patrimoine industriel. A travers le prisme du PLU, assiste-t-on à une requalification de ces patrimoines industriels, soit par une entrée dans la planification de patrimoines laissés pour compte jusqu’à présent, soit par une évolution des valeurs sociétales attachées à ces patrimoines industriels ? Sous cet angle, quels effets produisent des outils complémentaires comme les sites patrimoniaux remarquables (SPR, créés en 2016) ou les labels ? Quels sont les critères de patrimonialisation de ce patrimoine industriel : son intérêt scientifique, sa place dans le paysage urbain, sa fonction touristique, sa contribution au renouvellement urbain ou sa valeur mémorielle ?Trois villes sont proposées comme terrains d’application de ces questionnements : Angers, Nantes et saint Nazaire. Il s’agit de 3 villes du nord-ouest de la France (Pays de la Loire), toutes les 3 labellisées « Ville d’Art et d’Histoire ». Les 2 premières méritent un « rechargement » de l’analyse de leur politique patrimoniale en matière industrielle, après une 1re étude comparative réalisée en 2005 (Garat, Gravari-Barbas et Veschambre). Depuis cette date, comment les politiques patrimoniales de ces 2 villes ont elles évolué ? Au vu des 1ers résultats issus d’un programme de recherche (cf. ci-après), il semblerait que dans les 2 cas, la valeur politique du patrimoine industriel ait été renforcée, mais inégalement au regard de l’acceptation différenciée des héritages sociaux. La 3ème ville, saint Nazaire, grand port industriel situé sur l’estuaire de la Loire, s’impose dans notre étude en raisond’une part de son histoire industrielle commune avec Nantes et d’autre part de sa politique patrimoniale particulièrement volontariste, lui permettant de mobiliser pleinement à la fois les outils décentralisés mais aussi la procédure de classement des M.H. par l’État, en attente d’un futur SPR comme il en existe à Nantes puis à Angers depuis 2019.La communication proposée permettra de valoriser et prolonger un programme de recherches (« PLU patrimonial ») financé par l’Agence nationale de la recherche (2015-2019), mené par A. de Lajartre et M. Gigot, sur la capacité du PLU à se saisir des patrimoines territoriaux, en interaction avec certains outils spécifiques aux patrimoines (SPR et labels). En complément, les auteurs réaliseront des entretiens avec les collectivités étudiées, les services de l’État (Architectes des Bâtiments de France et Conservation des monuments historiques)

La protection du patrimoine culturel par un outil réglementaire de proximité : le Plan Local d'Urbanisme patrimonial

International audienceLe PLU patrimonial représente un outil opérationnel de protection des patrimoines, très souvent complémentaire des outils de protection des patrimoines reconnus par l’État, tels les monuments historiques ou les centres anciens. Il constitue par conséquent un outil de protection dont la proximité justifie sa – possible – valeur ajoutée : au plus près des territoires, le PLU(i) permet de mieux identifier les patrimoines laissés dans l’ombre de – et par – l’État. Il peut alors ajuster le niveau de protection des patrimoines à leur diversité thématique comme aux besoins du projet urbain. Mais c’est aussi au nom de cette proximité que le PLU patrimonial incarne un outil réglementaire à géométrie variable dont l’effet caméléon peut nuire à son effectivité tant dans la désignation des patrimoines que dans leur protection