Contribution à l'étude de l'insertion électrochimique du sodium dans différentes structures carbonées

par Philippe Thomas

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux et de la matière condensée

Sous la direction de Denis Billaud.

Soutenue en 1999

à Nancy 1 .


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  • Résumé

    Ce travail se situe dans le cadre général de l'étude de l'insertion électrochimique de métaux alcalins dans des matériaux carbonés susceptibles d'applications comme anodes de générateurs secondaires. Une attention toute particulière est portée sur l'influence de la nature de l'électrolyte et du matériau carboné sur les performances électrochimiques (capacités réversible et irréversible, évolution en cyclage). L'insertion des ions sodium dans des électrolytes à base de solvants carbonates est décrite pour le graphite UF4 et les fibres P75. L'utilisation du carbonate d'éthylène (EC) entraîne la formation d'une couche de passivation sur l'électrode carbonée, imperméable aux molécules de solvant mais permettant la diffusion des ions sodium. Ce film passivant a été caractérisé par microscopie électronique à transmission (imagerie, diffraction électronique et spectrométrie par pertes d'énergie des électrons transmis). Alors que l'emploi du carbonate de propylène (PC) conduit à l'exfoliation des domaines graphités, les électrodes peuvent être cyclées soit en utilisant des mélanges EC-PC ou ChloroEC-PC soit après formation d'un film de passivation dans EC préalablement au cyclage dans PC. L'étude de l'insertion du sodium dans des fibres de carbone issues de précurseurs différents (brai mésophase ou polyacrylonitrile (PAN)) a permis de mettre en évidence deux mécanismes de fixation de l'alcalin. L'intercalation entre les feuillets de graphène est le mécanisme majoritaire pour les fibres ex-brai alors que l'insertion dans la porosité devient significative pour les fibres ex-PAN. Des produits contenant une quantité notable de sodium et cyclant réversiblement peuvent alors être synthétisés. Enfin, une étude préliminaire concerne l'insertion du sodium dans des graphites modifiés par broyage, soit chimiquement par suroxydation électrochimique. Le graphite naturel UF4, dans lequel l'insertion du sodium ne conduit qu'à des produits très pauvres, peut ainsi, après broyage, intercaler des quantités importantes de sodium (NaC11). Les moyens d'optimiser les performances électrochimiques des matériaux anodiques sont alors discutés.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (272 p.)
  • Annexes : Réf. bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine (Villers-lès-Nancy, Meurthe-et-Moselle). Direction de la Documentation et de l'Edition - BU Sciences et Techniques.
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