Développement de cathodes performantes pour batteries lithium/air

by Sophie Berenger

Doctoral thesis in Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Under the supervision of Jean-Yves Sanchez and Carsten Cremers.

defended on 28-01-2014

in Grenoble , under the authority of École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , in a partnership with Fraunhofer Institute for Chemical Technology / ICT (laboratoire) and Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble) (laboratoire) .

Thesis committee President: Marian Chatenet.

Thesis committee members: Jean-Yves Sanchez, Carsten Cremers, Laure Monconduit.

Examiners: Franco Decker, Nathalie Job.

  • Alternative Title

    Development of high-performance cathodes for lithium/air batteries


  • Abstract

    In this thesis, high-performance cathodes for lithium/air batteries have been investigated. The main limitations for lithium/air batteries are oxygen diffusion into the cathode and in the electrolyte and the progressive clogging of cathode pores by lithium oxide. The development of the air cathode is strongly dependant on the organic electrolyte used, thus the nature of the electrolyte has been here considered. Electrode porosity and the kind of catalyst employed influence the cathode performance. Promising results were obtained with carbon cloth based electrodes containing α-MnO2 nanotubes as catalyst with regards to capacity and cycle stability. Furthermore, formation of gaseous products during charging has been studied thanks to mass spectroscopy experiments. TEGDME is a promising electrolyte; nevertheless, carbon dioxide (CO2) has been detected up to 3.7 V vs. Li/Li+.


  • Abstract

    Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude de cathodes performantes pour batteries lithium/air. Les performances de ce type de batteries sont principalement limitées par les phénomènes de diffusion d’oxygène dans la cathode et l’électrolyte ainsi que par la formation d’oxydes de lithium bouchant progressivement les pores de la cathode. Ainsi on ne peut envisager le développement de l’électrode à air sans prendre en compte l’influence de l’électrolyte organique et celui-ci a également était considéré dans cette étude. La porosité de l’électrode et la nature du catalyseur employé joue un grand rôle sur les performances de l’électrode. Les électrodes à base de tissus de carbone et contenant des nanofils de α-MnO2 ont fourni les meilleurs résultats au regard de la capacité et de la tenue au cyclage. Par ailleurs, des mesures de spectroscopie de masse in situ ont permis d’analyser la formation des produits gazeux lors de la charge. Le TEGDME est un électrolyte prometteur; néanmoins, la formation de dioxyde de carbone (CO2) est détectée dès 3,7 V vs. Li/Li+.


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