AxIrO3 (A = Li, Na ou H) pour le stockage et la conversion électrochimique de l’énergie

AxIrO3 (A = Li, Na or H) for the electrochemical storage and conversion of energy

• Auteur / Autrice : Paul-Emile Pearce
• Direction : Jean-Marie Tarascon, Gwenaëlle Rousse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 08/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie du solide et de l'énergie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Pralong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gwenaëlle Rousse, Dominique Larcher, David Portehault, Alexis Grimaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lorenzo Stievano, Alain Demourgues

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydoréduction

Batteries lithium-ion

Électrochimie

Mots clés libres

Batteries Li-Ion

Batteries Na-Ion

Électrochimie

Rédox anionique

Spectroscopie

Diffraction

Li-ion Battery

Na-ion battery

Electrochemistry

Oxygen evolution reaction

Spectroscopy

Diffraction

Résumé

Cette thèse est centrée sur l'étude du composé AxIrO3 en tant qu'hôte polyvalent pour Li+, Na+ et H+. Sa structure tridimensionnelle représente un terrain intéressant pour l’étude fondamentale de l’oxydoréduction du réseau anionique dans les oxydes pour les batteries à ions Li+ et Na+. La phase lithiée peut être obtenue par synthèse céramique à haute température selon deux étapes alors que la phase sodiée n’a pu être obtenue que par voie électrochimique en passant par IrO3. La phase protonée peut être obtenue par échange cationique de la phase lithiée ou par réaction de l’eau avec IrO3. Ces deux dernières phases n’avaient encore pas été reportées auparavant. Les processus d’insertion ont été caractérisés par diverses techniques telles que la diffraction des rayons X et des neutrons et par spectroscopies d’absorption et de photoémission X afin de déterminer les changements structuraux associés aux processus d’oxydoréduction cationique et anionique. Les résultats obtenus permettent d’approfondir notre compréhension d’un mécanisme de compensation de charge encore mal compris. De plus, l’étude de la réactivité d’IrO3 avec un milieu aqueux acide a permis de décrire un mécanisme de catalyse de la réaction d’oxydation de l’eau à la surface des oxydes d’iridium et apporte des pistes pour le développement de nouveaux électrocatalyseurs à base d’iridium.

This thesis focuses on the study of the compound AxIrO3 as a versatile host for Li+, Na+ and H+. Its three-dimensional structure represents an interesting playing field for the fundamental study of the redox activity of the anionic network in oxides for Li+ and Na+ ion batteries. The lithiated phase can be obtained by high temperature ceramic synthesis in two stages whereas the sodiated phase could only be obtained electrochemically via IrO3. The protonated phase can be obtained by cation exchange of the lithiated phase or by reaction of water with IrO3. These last two phases had not been previously reported. The insertion processes were characterized by various techniques such as X-ray and neutron diffraction as well as X-ray absorption and photoemission spectroscopies to determine the structural changes associated with cationic and anionic oxidation processes. The results obtained allow us to deepen our understanding of a charge compensation mechanism that is still poorly understood. In addition, the study of the reactivity of IrO3 with an acidic aqueous media has made it possible to describe a mechanism for the electrocatalysis of the oxygen evolution reaction on the surface of iridium oxides and provides avenues for the development of new electrocatalysts based on iridium.