Systèmes innovants pour les batteries au magnésium

par Ngoc anh Tran

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Jean-Claude Leprêtre et de Fannie Alloin.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-Chimie des Matériaux et des Interfaces. (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Dans le contexte actuel, de développer une alternative au système Li-ion, les batteries au Magnésium présentent des caractéristiques très intéressantes, en termes de performances, de coût et de sécurité. L'émergence d'une batterie magnésium commerciale présentant des performantes supérieures aux batteries Li-ion est cependant conditionnée au développement de nouveaux électrolytes et matériaux d'électrode dépassant l'état de l'art actuel. En effet, l'utilisation de cations divalents, Mg2+, impose le développement de stratégies alternatives à celles développées pour le Li-ion, les électrolytes classiques induisent la formation d'une couche de passivation à la surface du Mg, le rendant électrochimiquement inactif1,2. Avec les connaissances actuelles, la communauté scientifique est actuellement incapable de fournir une électrode positive inorganique performante pour la batterie rechargeable au magnésium par contre l'utilisation de matériaux d'électrodes organiques propose une alternative très intéressante pour résoudre ces problèmes. Le sujet de thèse s'inscrit dans cette double problématique du développement d'un électrolyte au magnésium performant et de l'utilisation d'électrode positive présentant des performances intéressantes en version magnésium. Dans le cadre du développement d'électrolytes performants, nous avons récemment synthétisé, par modification chimique de l'anion BH4-, en une étape aisément contrôlable, un hydrure de triphénolate de magnésium (Mg((OC6H5)3H)2). Ce sel dissous dans un solvant éthéré (additionné de 0,5 M de Mg(TFSI)2 afin d'augmenter la conduction ionique) présente des propriétés exceptionnelles i) une bonne réversibilité du dépôt/dissolution du Mg avec un rendement faradique de 90%, ii) aucune corrosion du collecteur en Al, iii) une stabilité anodique de + 700 mV vs BH4-, iv) aucune observation de croissance dendritique pour des densités de courant élevées (> 0,6 mAh.cm-2) et iv) une bonne cyclabilité du matériaux d'électrode positive classiquement utilisée pour le Mg (i.e. Mo6S8)2. Par ses performances et sa facilité de synthèse ces électrolytes ouvrent, enfin, une véritable voie au développement des batteries Mg. Nous allons ainsi mener des études tant sur la définition d'un électrolyte performant, en utilisant nos avancées scientifiques récentes que sur le développement d'électrode organique au magnésium.

  • Titre traduit

    Innovating system for magnesium battery


  • Résumé

    Nowadays, due to its low cost and its performances, Magnesium battery can constitute an alternative to lithium ones. However, it requires the development of adapted electrolytes and new cathode material. Indeed contrary to lithium, the formation for a passive layer onto the magnesium surface can lead to ineffective system1,2. In parallel, due to too poor performances of inorganic cathodic materials in magnesium battery, organic ones have been recently considered as interesting alternative. This constitutes the two main thematic of the thesis subject in view to develop both an efficient electrolyte and a well-functioning organic cathodic material. Recently, we developed a new electrolyte based of hydride substitution of the BH4- anion by a phenolic one. We demonstrated that this easily controlled chemical modification leads mainly to (Mg((OC6H5)3H)2 Using this new salt in the presence of 0.5 M de Mg(TFSI)2, very interesting results/properties have been observed : i) a high efficient of the plating/dissolution process of the magnesium (associated to a relative high faradic yiel 90%) ii) no corrosion of the Aluminum collector, iii) a higher electrolyte stability towards oxidation (+ 700 mV vs BH4-), iv) no dentrite formation during magnesium electro deposition and v) a particular good cyclability using (Mo6S8)2 as inorganic cathodic material. These preliminary results show unambiguously that these magnesium based electrolytes offer an interesting and promising alternative to reach low cost and efficient battery. In this context, thanks to our previous results, we will interest to the development of new efficient electrolyte, using organic cathodic materials elaborated in the lab.