Nouveaux matériaux d’électrodes pour microbatteries au sodium

New electrode materials for sodium microbatteries

• Auteur / Autrice : Vincent Pelé
• Direction : Brigitte Pecquenard, Frédéric Le Cras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 25/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Pecquenard, Frédéric Le Cras, Mario Maglione, Laure Monconduit, Philippe Moreau, Hervé Martinez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Monconduit, Philippe Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulvérisation cathodique

Accumulateurs

Couches minces

Composés inorganiques

Mots clés libres

Couches minces

Accumulateurs au sodium

Pulvérisation cathodique magnétron

Molybdate de fer Fe2(MoO4)3

Microbatteries

Bismuth, NaxBi

FeS2

Na2TiS3

Thin films

Sodium batteries

Magnetron sputtering

Iron molybdate Fe2(MoO4)3

Microbatteries

Bismuth, NaxBi

FeS2

Na2TiS3

Résumé

Les futures générations de microbatteries devant fonctionner à des tensions plus faibles, ces travaux sont dédiés à l’étude de matériaux d’électrodes en couche mince pour accumulateurs au Na et Na-ion pouvant répondre à ce nouveau cahier des charges. Ce manuscrit décrit ainsi le choix, l’élaboration et la caractérisation de matériaux d’électrode massifs et en couches minces. Les matériaux présentés ont été sélectionnés pour leur potentiel de fonctionnement et du mécanisme régissant l’insertion des ions alcalins. Pour chaque matériau, notre démarche a impliqué l’élaboration d’une cible permettant le dépôt par pulvérisation cathodique magnétron RF. Les différents paramètres de dépôt ont été optimisés pour obtenir les propriétés physico-chimiques et électrochimiques désirées et dresser une comparaison entre la configuration massive et en couche mince. L’étude du Fe2(MoO4)3 montre les différences de mécanismes selon l’ion alcalin employé. Le bismuth (mécanisme d’alliage), étudié en couches minces, nous a permis d’élucider des réactions électrolytiques parasites ; nos travaux s’attardant également sur les composés NaBi et Na3Bi. Enfin, cette thèse présente 2 sulfures, le matériau « de conversion » FeS2 et un nouveau matériau lamellaire : le Na2TiS3.

As the next generations of microbatteries are expected to power microelectronics devices working at lower voltages, we address the elaboration and characterization of electrode materials for sodium microbatteries. The described materials were selected according to several criterions including their working potentials and insertion mechanisms. For each material, the deposition of thin films was performed using RF magnetron sputtering, the deposition parameters being optimised in order to reach the targeted properties and to highlight the special features of thin film electrodes. The study of the intercalation compound Fe2(MoO4)3 shows the differences in mechanism between Li and Na insertion; while the alloying compound Bi undergoes parasitic electrolytic reactions. Our work also addresses two sulphides: the conversion compound FeS2 and the new layered material Na2TiS3.