Redox anionique pour les batteries à haute énergie. Compréhension fondamentale, défis pratiques et perspectives d’avenir
Auteur / Autrice : | Gaurav Assat |
Direction : | Jean-Marie Tarascon, Charles Delacourt |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 14/12/2018 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Chimie du solide et de l'énergie (Paris ; 2014-....) |
Jury : | Président / Présidente : Pétr Novak |
Examinateurs / Examinatrices : Renaud Bouchet, Christel Laberty-Robert, Bruno Delobel | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Lorenzo Stievano, Marnix Wagemaker |
Résumé
Notre dépendance croissante vis-à-vis des batteries lithium-ion pour le stockage d’énergie exige une amélioration de leurs électrodes positives, qui fonctionnent encore grâce au redox cationique des métaux de transition. L’émergence du redox anionique – une approche transformationnelle qui double la capacité des électrodes positives « Li-riches » – a récemment suscité de grands espoirs mondialement. Toutefois, des questions subsistent sur les origines fondamentales du redox anionique et sur son potentiel dans les applications pratiques. Cette thèse vise à répondre précisément à ces questions, en utilisant les connaissances de la chimie des solides, de l’électrochimie, de la spectroscopie des rayons X, et de la thermochimie. Pour ce faire, nous fournissons d’abord un compte rendu historique, un cadre théorique, les règles de conception de nouveaux matériaux, ainsi qu’un résumé des techniques de caractérisation propres au redox anionique. Ensuite, à travers des études expérimentales menées à la fois sur un matériau « modèle » (à base de métal 4d) et sur un matériau « pratique » (à base de métal 3d), nous montrons comment l’interaction fondamentale entre les processus de redox cationique et anionique régit les propriétés pratiques de ces matériaux (c’est-à-dire hystérésis de tension, performance de vitesse, chute de tension, et production de chaleur). Enfin, en utilisant ces résultats, nous décrivons les approches possibles pour améliorer ces matériaux et en concevoir de nouveaux. Nous résumons également leurs chances d’implantation sur le marché face aux cathodes lamellaires à base de nickel qui prévalent aujourd’hui.