Les oxydes titanates d’alcalins de formule générale A2TinO2n+1 (où A est un élément alcalin) suscitent un intérêt croissant en raison de leurs propriétés électriques et électrochimiques remarquables, en particulier lorsqu’ils sont hydratés, dans le cadre d’applications liées au stockage de l’énergie.
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la famille A2TinO5 (avec A = K ou Rb), car ces composés sont prometteurs en tant qu’électrolytes solides dans les supercondensateurs [1]. En effet, ils présentent des constantes diélectriques très élevées à basse fréquence ainsi que des conductivités ioniques particulièrement encourageantes, de l’ordre de 10-3 S·cm-1 pour Rb2Ti2O5 par exemple [2, 3]. Ces propriétés varient fortement selon le taux d’hydratation, avec une différence marquée entre les matériaux hydratés et déshydratés, ces derniers présentant des conductivités nettement plus faibles [3], ce qui souligne le rôle central de l’eau dans les mécanismes de conduction ionique. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de recherche est de mieux comprendre ces mécanismes de conduction. Pour cela, nous avons étudié l’évolution structurale et physico-chimique de ces matériaux en présence d’eau et de CO2 [4] Nous mettons ainsi en évidence un mécanisme de dégradation lié à un processus de carbonatation, étudié à l’aide d’une approche combinant plusieurs techniques expérimentales : diffraction des rayons X (DRX) et de neutrons, analyse thermogravimétrique (ATG) et spectroscopie infrarouge (IR).
Dans cette présentation, seront présentés les résultats obtenus issus de cette étude sur les composés A2Ti2O5. Ensuite, sera établi le lien entre structure cristalline et stabilité en étendant l’étude de la dégradation aux composés A2Ti4O9 et A2Ti6O13 en conditions ambiantes. Plus précisément, nous montrons qu’il existe une corrélation directe entre la dégradation structurale et les spécificités cristallographiques liées à la coordinence du titane. Ces résultats permettent de mieux cibler les conditions d’utilisation optimales de ces matériaux dans le domaine de l’énergie.
[1] Federicci, R.; Hole, S.; Demery, V.; Leridon, B. J. Appl. Phys. 2018, 124 (15), 152104.
[2] Federicci, R.; Hole, S.; Popa, A. F.; Brohan, L.; Baptiste, B.; Mercone, S.; Leridon, B.. Phys. Rev. Mater. 2017, 1 (3), 032001.
[3] de Sousa Coutinho, S.; Bérardan, D.; Lang, G.; Federicci, R.; Giura, P.; Beneut, K.; Dragoe, N.; Holé, S.; Leridon, B. Solid State Ionics 2021, 364, 115630.
[4] Meziani, N.; Parent, M.; Rousse, G.; Leridon, B.; Berardan, D.; Giura, P. Inorg. Chem. 2024, 63 (38), 17513–17524.