Innovative polycarbonates for lithium conducting polymer electrolytes

par Leire Meabe Iturbe

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Laurent Rubatat et de David Mecerreyes.

Soutenue le 26-09-2019

à Pau en cotutelle avec l'Universidad del País Vasco. Facultad de ciencias , dans le cadre de École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques) , en partenariat avec Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau) (laboratoire) et de Institut pluridisciplinaire de recherche sur l'environnement et les matériaux / IPREM (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Polycarbonates innovants utilisés comme polyélectrolytes solides dans les batteries lithium


  • Résumé

    E 21ème siècle doit faire face à de nouveaux défis sociétaux et environnementaux. Pour cela, la gestion de l’énergie est un élément clé et en particulier le développement des énergies renouvelables. Progressivement les énergies basées sur le solaire, l’éolienne, l’hydraulique, la géothermie et les bio-ressources prennent le pas sur les énergies fossiles. Néanmoins, ces sources d’énergie sont bien souvent intermittentes, par conséquent, il est indispensable de développer des systèmes de stockage d'énergie fiables. Parmi toutes les options le stockage électrochimique semble être le plus prometteur pour les appareils électroniques, les véhicules électriques ainsi que les réseaux. Aujourd’hui, même si les batteries lithium-ion sont largement répandues, car relativement performantes, il reste indispensable de concevoir et de développer de nouvelles batteries répondant mieux encore aux nouvelles contraintes.Une batterie classique est constituée de deux électrodes et entre les deux se trouve l’électrolyte. Actuellement, et en général, dans les batteries commercialisées l’électrolyte est un liquide constitué d’un sel de lithium dissout dans un solvant organique. Celui-ci présente plusieurs risques : i) d’inflammabilité ; ii) de fuite ; iii) de volatilité ; et iv) de toxicité. Ainsi, des recherches sont menées pour développer de nouveaux matériaux polymériques, qui en plus de répondre aux risques mentionnés précédemment, cherchent à optimiser les propriétés de : conductivité ionique, nombre de transport, stabilité électrochimique, stabilité thermique, stabilité mécanique, etc. Parmi les polymères envisagés, les polycarbonates ont montré ces dernières années des propriétés très intéressantes. Dans ce contexte, au cours de la thèse, plusieurs familles de polycarbonates ont été synthétisées par polycondensation, puis évaluées en tant qu'électrolytes polymères solides afin de mettre en évidence l'impact de la structure chimique sur les performances.


  • Résumé

    The 21st century must address new challenges. The highly qualified life, demanded by modern society, requires constant developments. Energy is the essential ingredient for the economic and social development. The technological revolution that we are now suffering has as a principle the energy produced by coal, oil, and gas. However, the consumption of these energy sources are limited and additionally, during the last decades have been strongly criticized due to the high CO2 emissions released. Besides, the energy produced by renewable energies are promising alternative supplies to limited non-renewable resources. Little by little, the use of fuel-based energy sources will be reduced and renewable solar energy, wind power, hydropower, geothermal energy and bioenergy will be settled in our life. Nevertheless, due to the intermittent availability of these type of resources, good energy storage systems have to be designed. Among the all systems, electrochemical energy storage systems (EESS)s seem to be the best alternative for the use of portable electronics, electric vehicles and smart grid facilities.Generally, a battery contains a liquid electrolyte on it, which is based on a salt dissolved in a liquid organic solvent. This solvent is known to be toxic and highly flammable. Great efforts have been devoted to design safe electrolytes. Thus, polymer electrolytes have been proposed as safe materials. Nevertheless, the ionic conductivity, lithium transference number and electrochemical stability window should be addressed in order to be used in different applications. In this direction, in this thesis different polycarbonates have been proposed as promising host materials and they have been evaluated in as safe electrolytes.


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