Synthèses de carbones durs comme électrode négative de batteries sodium-ion

Synthesis of hard carbons used as negative electrodes of sodium-ion batteries

• Auteur / Autrice : Nour Daher
• Direction : Raphaël Janot, Da Huo, Philippe Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie des solides et sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 23/10/2020
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Dubois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Janot, Da Huo, Philippe Meunier, Nathalie Job, Rosa Palacín, Dominique Larcher
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathalie Job, Rosa Palacín

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrochimie

Énergie -- Stockage

Mots clés libres

Batteries sodium-Ion

Carbones durs

Energy storage

Sodium-Ion batteries

Hard carbons

Electrochemistry

Résumé

Les batteries sodium-ion représentent une alternative de choix pour le stockage de l'énergie à grande échelle (domestique, réseau urbain,...). Basées sur le même principe que les batteries lithium-ion, elles présentent plusieurs avantages par rapport à ces dernières : elles utilisent des matériaux plus abondants et sont donc plus économiques, elles permettent également des cycles de charge/décharge plus rapides et sont donc capables de délivrer de plus fortes puissances. Cependant, certains points restent encore en développement, notamment la nature de l'électrode négative. L'objectif de cette thèse est de synthétiser des carbones durs performants pour l'application d'électrode négative des batteries sodium-ion en utilisant un procédé industrialisable. Ces carbones sont des carbones non-graphitisables issus de la pyrolyse de précurseurs organiques. Une étude de plusieurs précurseurs a d'abord été réalisée en mettant en valeur l'impact de certains paramètres de synthèses sur les performances électrochimiques des carbones obtenus. Le meilleur matériau, en terme de performances électrochimiques et de faisabilité industrielle, a ensuite été sélectionné et un procédé de synthèse pilote a été développé

Recently, sodium-ion batteries have been intensively studied as an alternative to lithium-ion batteries for large scale energy storage (domestic, grid-scale,...). This technology, based on the same working principle as lithium-ion batteries, presents numerous advantages such as materials abundancy, economical aspects and it offers faster charge/discharge cycles, thus higher power density. However, some aspects still need to be improved such as the nature of the negative electrode material. The objective of this Ph.D. thesis is to develop an easy, simple, and effective process for the synthesis of marketable hard carbons and to improve sodium-ion battery performances. These carbons have a highly disorganized structure unlike graphite-type carbons and are usually obtained from organic precursors pyrolysis. Multiple compounds have first been tested as carbon precursors and the impact of the synthesis parameters on electrochemical performances has been highlighted. The best carbon, in terms of performances and industrial feasibility, has then been selected and a pilot process has been developed