Fabrication and characterization of thin-film microbatteries based on self-organized titania nanotubes

par Girish Dayanand Salian

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Matières condensées et nanosciences

Sous la direction de Thierry Djenizian et de Chrystelle Lebouin.

Le président du jury était Frédéric Favier.

Le jury était composé de Marc Ramuz.

Les rapporteurs étaient Rita Baddour-Hadjean, Thierry Brousse.

  • Titre traduit

    Fabrication et caractérisation de microbatteries à couche mince à base de nanotubes de titane


  • Résumé

    Un nanotube de dioxyde de titane autoporteur (TiO2 nts) est exploré en tant qu’électrode négative potentielle pour les microbatteries Li-ion 3D. Différentes modifications chimiques du TiO2 ont été explorées et étudiées, comme le TiO2 allié au Nb, le TiO2 revêtu d'ALD-Al2O3, le titanate de lithium-TiO2 et le TiO2 sulfuré. Le dépôt d'électrolyte polymère à base de PEO (oxyde d'éthylène) (PMMA-PEG) portant le sel de LiTFSI dans du TiO2 a été obtenu par la réaction d'électropolymérisation sur l'anode TiO2 et la cathode Lithum nickel oxyde de manganèse (LNMO). L'objectif principal ici était d'exploiter la surface active des électrodes par électrodéposition et d'améliorer ainsi l'interface électrode-électrolyte. Une telle micro-batterie contenant des électrodes revêtues de polymère révèle que les valeurs de capacité obtenues à différents taux de C sont doublées lorsque les électrodes sont complètement remplies par l'électrolyte polymère par rapport à la micro-batterie à électrodes brutes. Les excellentes performances électrochimiques sont attribuées aux interfaces électrode-électrolyte améliorées dans les deux électrodes


  • Résumé

    Self-supported titanium dioxide nanotube (TiO2 nts) is explored as a potential negative electrode for 3D Li-ion microbatteries. Different chemical modifications on the TiO2 nts have been explored and studied like Nb-alloyed TiO2 nts, ALD-Al2O3 coated TiO2 nts, Lithium titanate-TiO2 nts and sulphurized TiO2 nts. The deposition of PEO (polyethylene oxide) based polymer electrolyte (PMMA-PEG) carrying LiTFSI salt into TiO2 nts has been achieved by the electropolymerization reaction on the TiO2 nts anode and the Lithum nickel manganese oxide (LNMO) cathode. The main aim here was to exploit the active surface area of the electrodes using electrodeposition and there by enhance the electrode-electrolyte interface. Such a microbattery containing polymer-coated electrodes reveal that the capacity values obtained at different C-rates are doubled when the electrodes are completely filled by the polymer electrolyte compared with the microbattery with the raw electrodes. The excellent electrochemical performance is attributed to the improved electrode-electrolyte interfaces in both the electrodes


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