Poudres d’oxydes de métaux de transition à texture, morphologie et taille contrôlées : de l’électrochimie à la catalyse

par Ghislain Binotto

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie. Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean-Marie Tarascon et de Dominique Larcher.

Soutenue en 2008

à Amiens .


  • Résumé

    L’engouement croissant pour les applications portables et automobiles place les batteries Li-ion au premier rang pour le stockage électrochimique de l’énergie. L’intérêt récent pour les matériaux d’électrode nanométriques nous a conduit à l’étude de l’oxyde de cobalt Co3O4 stœchiométrique précipité en solution aqueuse (Co3O4-P). Il est constitué de particules nanométriques cristallisées (40 Å) regroupées en agglomérats micrométriques développant une porosité très finement distribuée. L’étude structurale a révélé une délocalisation partielle des cations en sites 16c et 48f, d’autant plus importante que la taille des domaines est faible. La préservation de la texture, donc les meilleures performances électrochimiques, sont obtenues pour un mélange oxyde/carbone par suspension dans un solvant organique. Une capacité de plus de 600 mAh/g est ainsi maintenue sur vingt cycles. La capacité irréversible au premier cycle est similaire à celle des matériaux massifs, suggérant que leur étape de formatage n’est pas responsable de cette irréversibilité, en partie attribuable à la formation de la phase -CoO. La chute de capacité est principalement attribuée à la dissolution de la matière active dans l’électrolyte ainsi qu’aux effets de la décomposition irréversible du solvant. Différents tests cinétiques de décomposition (NH3, toluène, H2O2, CO) montrent la forte activité catalytique de Co3O4-P. Des résultats préliminaires très encourageants quant aux propriétés catalytiques de Co3O4-P (et dérivés) en cellules Li/O2, en particulier au niveau de la polarisation de la batterie, font de ce matériau un outil idéal pour mettre en relation les domaines de l’électrochimie et de la catalyse.

  • Titre traduit

    Transition metal oxides powders with controlled texture, morphology and size : electrochemistry to catalysis


  • Résumé

    The Li-ion battery technology is so far the best candidate to match the growing demand for portable and automotive power sources. The recent focus on nanomteric electrode materials for Li-ion cells leads us to consider Co3O4 precipitated in aqueous solution (Co3O4-P). This material is made of crystallized nanometric particles (40 Å), forming porous micrometric agglomerates exhibiting a very narrow porosity distribution. A structural investigation shows a partial cationic delocalization in 16c and 48f sites, in an extent inversely proportional to the size of the coherent domains. The powder texture is maintained, and therefore the optimum electrochemical performances, are obtained through the oxide/carbon mixing in suspension in a solvent. A capacity of more than 600 mAh/g is reached along twenty cycles. The first cycle irreversible capacity is equivalent to that of micrometric materials, suggesting that the formatting step is not responsible for this irreversibility, partially attributed to the formation of -CoO. The drop in capacity along cycling is mostly due to the dissolution of the active material in the electrolyte, and to the effects of the irreversible decomposition of the solvent. Different kinetic decomposition tests (NH3, toluene, H2O2, CO) demonstrated the catalytic efficiency of Co3O4-P. Preliminary catalytic and electrochemical results for Co3O4-P and post-annealed materials as catalysts in Li/O2 batteries, mainly regarding the lowering of the cell polarization, let us consider this set of materials as an ideal tool for bridging the electrochemistry and catalysis domains.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (244 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 234-244

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  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
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  • Cote : T 51 2008-45
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