Etude des électrodes sur batterie zinc-air

Electrodes investigation on zinc-air battery

• Auteur / Autrice : Minhui Gong
• Direction : Philippe Barboux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 27/05/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Cassaignon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Lair, Silvia Gutiérrez-Granados
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Baudrin, Florence Geneste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrodes

Électrocatalyse

Chimie des surfaces

Mots clés libres

Electrode de zinc

Électrode à air

Réaction de réduction de l'oxygène (ORR)

Oxyde de lanthane strontium manganèse (LSMO)

Voltamètre cyclique

Zinc electrode

Air electrode

Oxygen reduction reaction

Lanthanum strontium manganese oxide

Cyclic voltammetry

Résumé

La batterie zinc-air devient une alternative potentielle à la batterie lithium-ion en raison de son avantage en termes de ressources, de sa densité d'énergie théorique élevée et de son faible potentiel de risque pour la sécurité. Ce travail met l'accent sur les problèmes conventionnels impliquant à la fois l'électrode à zinc et à air, visant à l'application.Pour l'électrode de zinc, deux configurations maison sont utilisées pour étudier la croissance des dendrites de zinc et l'évolution de l'hydrogène pendant le dépôt avec un électrolyte statique et en flux, respectivement. On trouve qu'une concentration élevée de zincate dans un électrolyte avec 7 M KOH (> 0,4 M ZnO) et la présence de circulation de l’électrolyte sont préférables pour réduire la croissance des dendrites. Cependant l'électrolyte en circulation générerait plus de dégagement d'hydrogène. Pour l'électrode à air, une étude de voltampèremètre cyclique détaillée de l'activité catalytique de pérovskites de lanthane- manganèse dopés au strontium (LSMO) vis-à-vis de la réaction de réduction de l'oxygène est menée. Une nouvelle méthodologie est proposée pour la comparaison de l'activité catalytique des LSMO. L'assemblage de la batterie zinc-air est également testé en formulant les électrodes avec un polymère PVDF-HFP prometteur dans les applications d’électrode à air.

Zinc-air battery is becoming a potential alternative for lithium-ion battery owing to its resource stock advantage, high theoretical energy density, and low potential of safety risk. This work emphasizes the conventional issues involving both zinc and air electrode, aiming to application.For the zinc electrode, two homemade setups are used to study the zinc dendrite growth and hydrogen evolution during deposition with static and flowing electrolyte, respectively. It is found that high zincate concentration in electrolyte with 7 M KOH (>0.4 M ZnO) and flowing electrolyte are preferable for depressing dendrite growth. While flowing electrolyte would generate more hydrogen evolution. For the air electrode, a detailed cyclic voltametric investigation of the catalytic activity of lanthanum strontium manganese oxides (LSMO) towards oxygen reduction reaction is conducted. A new current normalization method is proposed for comparison of catalytic activity of the LSMOs. Zinc-air battery assembly is also tested, while remaining to be improved. Nevertheless, cost-effective PVDF-HFP is found to be a promising binder for air electrode formulation.