Mécanisme de réduction de l'oxygène sur carbone vitreux dans des solvants organiques aprotiques

Oxygen reduction reaction mechanism on glassy carbon in aprotic organic solvents

• Auteur / Autrice : Marc Zimmermann
• Direction : Marian Chatenet, Frédéric Maillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 21/07/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Lorenzo Stievano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marian Chatenet, Frédéric Maillard, David Ayme-Perrot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Meriem Anouti, Hubert Gasteiger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvants organiques

Oxygène

Solvants

Mots clés libres

Lithium air

Solvants aprotiques

Réduction de l'oxygène

Lithium air

Aprotic solvents

Oxygen reduction reaction

Résumé

Afin de mieux comprendre et de dépasser les limites actuelles des systèmes métal-air non-aqueux, le mécanisme de réduction de l’oxygène (ORR) a été étudié en présence de cation alcalins dans divers solvants aprotiques. Sur la base de caractérisations électrochimiques sur électrode statique et d’électrodes tournantes disque-anneau, un mécanisme unique a été proposé afin de rendre compte de l’ORR en présence de cations alcalins. De plus, les différences observées d’un solvant à l’autre ont été expliquées en termes de capacité du solvant à solvater à la fois le cation alcalin en présence et l’anion superoxyde, mais aussi à sa capacité à séparer les paires d’ions. Un modèle cinétique basé sur ce mécanisme a montré un excellent accord avec les résultats expérimentaux.

In order to better understand and overcome the current limitations of non-aqueous metal-air batteries, the oxygen reduction reaction (ORR) mechanism has been studied in presence of different alkali metal cations in several aprotic solvents. Based on electrochemical characterizations on static electrode and rotating ring-disk electrode, a unique mechanism has been proposed to account for ORR in presence of alkali metal cations. It has been further showed that the differences observed from one solvent to another could be linked to the solvent’s ability to solvate both the alkali metal cation and the superoxide anion, as well as its capability to separate ion-pairs. A kinetic model based on this mechanism has shown very good agreement with experimental results.