De la conception de matériaux d'électrode organiques innovants à leur intégration en batteries "tout organique"

par Alia Jouhara

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Philippe Poizot et de Nicolas Dupré.

Soutenue le 23-11-2018

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Matière, Molécules et Matériaux (Le Mans) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) et de Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes) (laboratoire) .

Le président du jury était Florent Boucher.

Le jury était composé de Michel Armand, Muriel Hissler, Vlad-Alexandru Macri.


  • Résumé

    Répondre aux besoins croissants en termes de stockage électrochimique sans épuiser les ressources naturelles exige de promouvoir des technologies de batteries en rupture à la fois efficientes mais aussi à faible impact au plan environnemental. La conception de batteries organiques pourrait s'avérer être une partie de la solution. En effet, la richesse de la chimie organique offre une multitude de possibilités pour développer des matériaux d'électrode innovants à partir d’éléments abondants et peu coûteux. Près de 40 ans après la découverte des polymères conducteurs, des batteries Li-organiques offrent maintenant d’intéressantes performances en cyclage. Pourtant, la synthèse de matériaux organiques lithiés électroactifs à haut-potentiel ainsi que celle de matériaux organiques de type p électroactifs à bas potentiel se sont avérées assez complexes et par conséquent, très peu d'exemples de cellules « tout organique » existent. Au cours de ce travail de recherche, nous avons mis en lumière une approche chimique originale consistant à perturber la structure électronique de l’entité organique électroactive (modulation des effets inductifs) au moyen d’un cation spectateur faiblement électropositif ce qui conduit à une augmentation significative du potentiel redox des matériaux d'électrodes organiques lithiés déjà connus. Cette découverte nous a permis de développer une batterie Li-ion « tout organique » capable d’offrir une tension de sortie d’au moins 2,5 V sur plus de 300 cycles. Ensuite, nous avons cherché à concevoir des matériaux de type p capables de fonctionner à bas potentiel et ainsi élaboré des batteries Anion-ion « tout organique ». Enfin, une étude préliminaire d’une nouvelle famille de composés potentiellement bipolaires au plan redox (intégration de centres redox de type n et de type p) a également été réalisée.

  • Titre traduit

    From the design of innovative organic electrode materials to their integration in all organic batteries


  • Résumé

    Meeting the ever-growing demand for electrical storage devices, without depleting natural resources, requires both superior and “greener” battery technologies. Developing organic batteries could well provide part of the solution since the richness of organic chemistry affords us a multitude of avenues for uncovering innovative electrode materials based on abundant, low-cost chemical elements. Nearly 40 years after the discovery of conductive polymers, long cycling stability in Li-organic batteries has now been achieved. However, the synthesis of high-voltage lithiated organic cathode materials and the synthesis of low-voltage p type organic anode materials is still rather challenging, so very few examples of all-organic cells currently exist. Herein, we first present an innovative approach consisting in the substitution of spectator cations and leading to a significant increase of the redox potential of lithiated organic electrode materials thanks to an inductive effect. These results enable developing an all-organic Li-ion battery able to deliver an output voltage above 2.5 V for more than 300 cycles. We then design two p type organic electrode materials able of being charged at low potentials for developing all-organic Anion-ion batteries able to deliver an output voltage at least 1.5 V. Finally, we present a preliminary study of a new family of potentially bipolar compounds.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.