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Univ. Paris-Saclay
Relation entre la structure et les performances d’électrodes positives composées de matériaux carbonés 1D pour les batteries lithium-air non-aqueuses
Thomas Petenzi
Jeudi 08/04/2021, 00:00-00:01

Résumé :

Pour l’industrie automobile, le développement de batteries à haute densité d’énergie est un des enjeux majeurs afin d’étendre les performances des voitures électriques. Dans cet objectif, les batteries Li-air sont considérées comme le candidat le plus prometteur afin de stocker de grandes quantités d’énergie, et ainsi remplacer les batteries Li-ion dans les véhicules électriques. Cependant, ces batteries souffrent de graves problèmes de cyclabilité. Et la complexité des processus couplés se déroulant aux deux électrodes mène à l’incompréhension de ces phénomènes lors de l’analyse en pile complète.Ce travail de thèse propose d’employer des méthodes électrochimiques basées sur l’utilisation d’un système en demi-pile pour se concentrer sur les processus se déroulant à l’électrode positive. L’objectif est de pouvoir individualiser les contributions et ainsi comprendre l’importance de la structure des électrodes où les réactions avec le dioxygène prennent place, afin d’améliorer leurs performances. Pour ces raisons, plusieurs structures d’électrode ont été utilisées afin d’enquêter sur leur influence sur les performances du système. Pour cela, divers matériaux carbonés de type 1D (fibres et nanotubes) de différentes tailles ont été choisis comme électrode positive modèle.Dans un premier temps, les matériaux de type 1D ont été synthétisés et mis en forme afin d’obtenir des électrodes à diffusion de gaz (GDE) en 3D. Puis ces électrodes ont été caractérisées pour leur propriétés structurales (imagerie MEB, isotherme d’adsorption/désorption), chimiques (XPS, spectroscopie RAMAN) et électriques (résistivité).Ensuite, les caractérisations électrochimiques et les analyses par imagerie MEB en post-décharge et post-cyclage ont été couplées. Mis au regard des précédents résultats analytiques, il a été montré une influence de la structure des électrodes sur la localisation et la morphologie des dépôts générés lors de la décharge. De plus, l’influence de la morphologie des produits de décharge sur la capacité à recharger le système a été mise en lumière. En revanche, des problèmes de cyclage sont apparus à cause de la déposition d’une quantité trop importante de produits de décharge indésirables sur les interfaces, ce qui provoque le bouchage de la porosité. Enfin, afin d’améliorer la durée de vie des électrodes, différentes stratégies ont été employées pour fonctionnaliser une électrode de nanotubes de carbone à l’aide d’un polymère redox ou d’un semiconducteur organique. Et un matériau comme le NiO a montré qu’il peut permettre d’améliorer la cyclabilité du système en termes de potentiel de charge-décharge et de durée de vie.

Mots-clés :

 


 

Abstract:

 

Keywords:

 

Contact : Renaud CORNUT

 

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