Auteur / Autrice : | Vincent Giordani |
Direction : | Jean-Marie Tarascon, Peter G. Bruce |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences. Sciences des matériaux |
Date : | Soutenance en 2010 |
Etablissement(s) : | Amiens |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les accumulateurs à ions lithium (piles rechargeables ou batteries Li-ion) ont transformé l’électronique portative et, dans le contexte actuel des énergies renouvelables et du développement durable, détiennent la clé du succès des futures voitures électriques. Cependant, il est nécessaire d’augmenter la densité d’énergie (Wh par kg) des accumulateurs actuels, autrement dit l’autonomie de la batterie sur un cycle de décharge, dans le but de faciliter la pénétration des voitures électriques sur le marché. De nouveaux systèmes plus denses en énergie que les batteries Li-ion sont à l’heure actuelle étudiés et parmi eux figurent les accumulateurs lithium-air (Li-O2). Technologie particulièrement originale, nouvelle chimie, les systèmes lithium-air rechargeables se situent à mi-chemin entre une pile à combustible, où l’électrode positive est composée de carbone et d’un catalyseur de la réaction de réduction de l’oxygène; et un accumulateur lithium métal, où l’électrode négative est composée de lithium métallique. L’électrolyte peut être aqueux ou non aqueux, cependant dans le cas d’un électrolyte aqueux, il est nécessaire de protéger l’électrode de lithium afin de la rendre opérante. L’objectif de ce travail de thèse fut d’étudier et de comprendre le fonctionnement des systèmes non aqueux : mise en forme de l’électrode à air, des protocoles expérimentaux de tests électrochimiques, étude des mécanismes de décharge et de charge de la batterie, synthèse et étude de catalyseurs, effet de la nature du carbone et la structuration de l’électrode sur les performances électrochimiques de l’accumulateur. Une étude détaillée révèle les verrous technologiques de ces systèmes, tels que la limitation de la capacité électrochimique due à la passivation et au blocage progressif de l’électrode à air lors de la décharge de la batterie (formation d’un précipité le peroxyde de lithium), mais aussi la nécessité de mettre au point un électrolyte stable qui soit compatible avec l’électrochimie de l’oxygène en milieu non aqueux.