Contribution à l'étude des intercalations anodique et cathodique dans le graphite : application aux accumulateurs à ion lithium et à un vérin électrochimique : thèse de doctorat en sciences spécialité Electrochimie - Chimie des matériaux

par Cyriaque Simonnard

Thèse de doctorat en Électrochimie. Chimie des matériaux

Sous la direction de André Metrot.

Soutenue en 2002

à Reims .


  • Résumé

    La première partie de ce travail concerne l'intercalation électrochimique du lithium dans différentes variétés de graphite, en relation avec leur utilisation en tant qu'électrode négative dans les batteries secondaires dites à " ions lithium ". L'analyse en relaxation des courbes potentiométriques obtenues en mode GITT nous a permis de comparer les coefficients de diffusion du lithium dans le graphite HOPG et dans du graphite naturel en poudre agglomérée. Les valeurs relativement constantes et élevées obtenues (de l'ordre de 10-7 cm2/s) nous paraissent significatives de la diffusion intrinsèque des ions dans la matrice-hôte. Les spectres d'impédance électrochimique de ces composés obtenus dans une cellule originale à quatre électrodes sont modélisés par lignes de transmission. Leur comparaison avec ceux obtenus entre deux électrodes de lithium métallique suggère une rétention notable de charges propre à la couche de passivation (Solid Electrolyte Interphase) elle-même. La deuxième partie traite de la mise au point d'un dispositif de vérin électrochimique fonctionnant par intercalation d'acide sulfurique dans un pyrocarbone de basse température. Fondamentalement il a été mis en évidence un comportement électrochimique particulier de ce pyrocarbone, avec notamment la présence d'un long plateau de potentiel en début de charge, suivi d'une importante hystérèse indépendante du courant. Ces phénomènes sont expliqués à partir d'une hypothèse de passivation / trans-passivation faisant intervenir des fonctions sulfones en périphérie des cristallites graphitiques, susceptibles de s'oxyder en quinone. Les essais d'un prototype de vérin ont donné des résultats satisfaisants tant au niveau de sa durée de vie en cyclage que des fortes poussées obtenues. Une étude détaillée de son fonctionnement sous différentes conditions, avec imposition du courant ou du potentiel, est présentée


  • Résumé

    The first part of this work is devoted to lithium intercalation into some varieties of various graphite, considering their use as negative electrodes in lithium ions secondary batteries. It is known that the formation of lithium dendrites, which appear when metallic lithium is cycled, is avoided on these electrodes. The analysis of GITT curves allow to compare the diffusion coefficients of lithium ions in HOPG and in powdered natural graphite. The relativity high and constant values calculated for these coefficients (about 10-7 cm2/s) suggest that they reflect the intrinsic diffusion in the carbon matrix. Electrochemical Impedance Spectra obtained for intercalated compounds are modelled by the way of Transmission Lines. The comparison of these spectra with the ones obtained for metallic lithium electrode suggests that the Solid Electrolyte Interphase, present in both cases, contributes itself in charges stocking. The second part concerns the development of an electrochemical jack device using the intercalation of sulphuric acid into a pyrocarbon. Fundamentally, a specific behaviour of this low temperature carbon is evidenced. Noteworthy are a long potential plateau at the beginning of the intercalation process, together with a large and constant hysteresis between intercalation and de-intercalation. These phenomena are interpreted by the way of passivation and trans-passivation processes, involving the formation of sulfonic or quinonic groups around graphite crystallites. Practical tests on the jack prototype are incentive, both considering its cycling life and mechanical thrusts. An analysis of running conditions under constant current or voltage is presented

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Informations

  • Détails : 113 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 02REIMS026
  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 02REIMS026Bis
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