Élaboration et caractérisation d`électrodes de carbone à porosité hiérarchique pour la réduction de l`oxygène : vers la compréhension des réactivités à la cathode d`une batterie lithium-air

Preparation and characterization of carbon electrodes of hierarchical porosity towards oxygen reduction : for understanding the cathode`s reactivity of a Lithium-air battery

• Auteur / Autrice : Walaa Fawaz Nasser Al Dine
• Direction : Ahmad Mehdi, Ziad Herro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université Libanaise. Faculté des Sciences (Beyrouth, Liban)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Roger Lteif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmad Mehdi, Ziad Herro, Roger Lteif, Franck Launay, Cristina Iojoiu, Nancy Zgheib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Launay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Batteries lithium-ion

Électricité -- Production par réaction chimique

Électrodes de carbone

Mots clés libres

Électrodes

Liquide ionique

Carbone nanostruturée

Reduction de l'oxygen

Electrodes

Ionic liquids

Carbon nanostructures

Résumé

Le stockage de l'énergie est un domaine en pleine évolution. Le développement des énergies renouvelable et les besoins croissants d'autonomie énergétique (ordinateur portable, Smartphone, voiture électrique) impliquent le développement de nouvelles technologies, plus performantes, moins coûteuses et écologiquement satisfaisantes. Les batteries lithium-air sont vues comme une alternative prometteuse aux batteries lithium- ion, car elles ont une capacité théorique de stockage 2-3 fois plus élevée. La structuration et la réactivité à la cathode est un verrou important. La présente étude se focalise sur le compartiment positif de la cellule, dans lequel les réactions de l’oxygène sont mises en jeu. Dans un premier temps, des modifications de la surface des électrodes de travail qui puissent agir comme fournisseurs de diènes, en utilisant le mécanisme Diels Alder, sont faites afin de changer les propriétés physico-chimiques de surfaces carbonées. Puis, la chimie click a été utilisée comme une deuxième technique de greffage en montrant que l’hydrophobicité des liquides ioniques influe sur la forme de greffage sur la surface des électrodes. Ensuite ces deux mécanismes de greffage sont utilisés pour étudier la réaction de réduction de l’oxygène et la réactivité du superoxyde à l’interface d’une électrode de carbone qui joue le rôle de cathode.

Energy storage is an evolving field. The development of renewable energies and the growing needs for energy autonomy (laptop, smartphone, and electric car) imply the development of new technologies that are more efficient, less costly and ecologically satisfactory. Lithium-air batteries are seen as a promising alternative to lithium-ion batteries, because they have a theoretical storage capacity 2-3 times higher. Structuring and reactivity at the cathode is an important lock. The present study focuses on the positive compartment of the cell, in which the reactions of oxygen are involved. In a first step, modifications of the surface of the working electrodes which can act as diene suppliers, using the Diels Alder mechanism in order to change the physicochemical properties of carbon surfaces. Then click chemistry was used as a second grafting technique showing that the hydrophobicity of the ionic liquids affects the grafting form on the surface of the electrodes. Then these two grafting mechanisms were used to study the oxygen reduction reaction and the reactivity of the superoxide at the interface of a carbon electrode which functions as a cathode.