Thèse soutenue

Conception et développement de nouveaux matériaux d'électrodes organiques pour batteries Lithium-ion et Sodium-ion
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Auteur / Autrice : Roberto Russo
Direction : Matthieu BecuweChristine Frayret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie - Electrochimie des Systèmes organiques
Date : Soutenance le 10/11/2022
Etablissement(s) : Amiens
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens)
Jury : Président / Présidente : Philippe Poizot
Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Morcrette, Christophe Domain
Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Poizot, Alexandru Vlad

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Poussées par la demande croissante de dispositifs de stockage d'énergie électrochimiques à grande échelle tels que les réseaux intelligents et les véhicules électriques, les batteries à faible coût et à haute densité énergétique font désormais l'objet de recherches intensives. Afin de réaliser des matériaux performants mais peu coûteux et respectueux de l'environnement, les chercheurs ont commencé à étudier les matériaux d'électrodes organiques, qui ne contiennent que des éléments légers et abondants en terre et présentent des propriétés très prometteuses. Outre les prix généralement plus bas et les capacités volumétriques plus élevées, les matériaux organiques présentent également les avantages d'une recyclabilité plus élevée et d'une synthèse plus facile contre les composés inorganiques. Cette thèse est axée sur l'étude de nouveaux matériaux dérivés de sources biologiques, pour la construction de batteries Li-ions éco-compatibles. Actuellement, les électrodes de batterie sont des oxydes de métaux de transition à l'état solide, dont le coût de production est élevé et les émissions de CO2 élevées. Dans la première partie du projet, un criblage informatique des molécules potentielles sera effectué. En particulier, le calcul ab initio fournira des informations utiles à la fois sur la géométrie et sur les structures électroniques des molécules à l'étude. À partir de ces données, il sera possible de déterminer les matériaux avec les meilleurs paramètres électrochimiques (potentiel rédox, capacité spécifique). Après le premier criblage in silico, la prochaine étape consistera à synthétiser et à analyser les molécules les plus prometteuses. Une fois le matériau synthétisé, il sera possible de réaliser les premiers tests électrochimiques, afin d'obtenir une vue plus précise des molécules examinées. Les tests sont divisés en deux types: les mesures spectroscopiques, pour vérifier efficacement la structure des molécules synthétisées en laboratoire, et les tests électrochimiques, tels que la voltamétrie cyclique, permettant d'obtenir une première estimation des propriétés électrochimiques. Dans la troisième partie du projet, les prototypes de batteries seront fabriqués avec les meilleurs matériaux candidats. La construction du prototype permet d'étudier les paramètres fondamentaux de la batterie, tels que le potentiel redox, la capacité spécifique et la stabilité du cycle. Les données générées par les prototypes de batteries donnent un aperçu de l'application potentielle des matériaux dans la fabrication de batteries à grande échelle