Etude des phosphates lithiés en vue de leur utilisation comme électrodes positives pour le stockage d'énergie

par Atmane Ait Salah

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de François Gendron et de Khalil Benkhouja.


  • Résumé

    Aujourd’hui les batteries ion-lithium, qui équipent universellement les dispositifs électroniques portables (téléphone, ordinateurs, etc. ), sont des sources d’énergies irremplaçables. Ces sources d’énergie sont appelées à connaître de plus grands développements encore pour pouvoir répondre à des exigences nouvelles comme le fait de constituer les sources d’énergie des voitures électriques de demain et celles des véhicules électriques hybrides que les constructeurs commencent à proposer aux consommateurs. Les matériaux employés actuellement pour fabriquer les cathodes, des oxydes de lithium du type Li(Ni,Co)O2, sont trop chers pour être utilisés à une plus large échelle et ne pourront répondent aux demandes prévisibles. Le développement de nouvelles batteries ion-lithium, à partir de métaux de transition plus communs, sinon banals, que le Nickel et le Cobalt s’impose. Idéalement, celui qui répond le mieux à cette exigence et qui est le plus répandu sur notre planète c’est l’ion Fer et ce dernier peut être associé à une anode construite à base de graphite Dans ce contexte, et depuis les travaux de J. B. Goodenough et de ses collaborateurs, le LiFePO4 constitue un matériau particulièrement intéressant. Toute notre contribution porte sur la compréhension des propriétés physico-chimiques de ce matériau et de deux proches voisins polyphosphates et sur l’amélioration des performances électrochimiques de ces matériaux, lesquelles sont étroitement dépendantes des conditions d’élaboration et de synthèse. Ce mémoire se compose en quatre chapitres : Le premier chapitre présente une étude bibliographique sur quelques familles de matériaux potentiellement utilisables comme électrodes positives dans les batteries ion-lithium et la possibilité de substituer ces derniers par LiFePO4. Le chapitre 2 est donc consacré à l’analyse des méthodes de synthèses et de caractérisation des matériaux. Cette caractérisation a été réalisées à partir d’outils classiques, comme la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (IRTF), la spectroscopie Raman (RS), la résonance paramagnétique électronique (RPE) et la magnétométrie SQUID. Le chapitre 3 est entièrement consacré à l’étude des propriétés de LiFePO4. Les mesures magnétiques ont révélé la présence de « nano-agrégats » de maghémite Fe2O3 et de Fe2P dans les échantillons préparés par voie sol-gel. La nature, la concentration et la taille de ces nano particules ont été estimées à partir d’un modèle décrivant un comportement « super-paramagnétique » où « super-ferromagnétique ». On démontre également que l’enrobage des particules de LiFePO4 avec une couche mince (30 nm d’épaisseur moyenne) de carbone amorphe élimine pratiquement toutes les phases parasites, en contribuant à réduire le fer, et permet d’optimiser les performances électrochimiques de ce matériau. Le chapitre 4 traite les propriétés des oxydes de types LiFe1,5P2O7 et LiFe2P3O10. Ces deux composés ont été synthétisés, leurs structures ont été caractérisées ainsi que leur propriétés magnétiques, enfin ils ont été testés comme matériau d’électrode positive dans des générateurs au lithium.

  • Titre traduit

    Study of phosphates containing lithium for their use as positive electrodes for storage of energy


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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr.en fin de chapitres. 130 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2007 123
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