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Thèse Année : 2020

Identification of new Mg2+ solid ionic conductors through the exploration of the Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 phases diagram

Identification de nouveaux conducteurs ioniques solides pour ions Mg2+ à travers l'exploration du diagramme de phases Mg(BH4)2-Mg(NH2)2

Résumé

This PhD thesis is about the identification of new Mg2+ inorganic solid ionic conductors to be used as solid electrolytes in Mg batteries. The choice was made to study the compounds from the Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 binary phases diagram. In this diagram, only Mg(BH4)2, Mg(NH2)2 and Mg(BH4)(NH2) were kwon. Mg(BH4)(NH2) was reported as a good ionic conductor but its synthesis parameters were unknown. First, it has been necessary to determine the synthesis of Mg(BH4)(NH2). After testing different ball milling speed, and different annealing times, atmospheres and temperatures, Mg(BH4)(NH2) could be obtained. During the different synthesis parameters optimization, an unknown additional phase was identified. This phase has an influence on the ionic conductivity of our samples. The hypothesis was made that it was actually a Mg(BH4)2x(NH2)2(1-x)-type compound. From the synthesis parameters determined previously, new synthesis were performed with different stoichiometries. Three new crystalline Mg(BH4)2x(NH2)2(1-x) phases were identified and a trend was observed between the composition of the products and their ionic conductivity. This trend is followed by all the identified compounds and reaches a maximum for x = 0.67 with an ionic conductivity of 4x10-5 S.cm-1 at 100°C, which is one the best Mg2+ ionic conductivity ever reported in an inorganic solid. The solid electrolyte properties of the best ionic conductors identified during this work were characterized. It appeared that these compounds are not stable at high potential. They start to get oxidized around + 1.0 V vs. Mg2+/Mg. Nevertheless, they are stable with Mg and allow its deposition and its stripping
Cette thèse porte sur l'identification de nouveaux conducteurs d'ions Mg2+ inorganiques solides pour être utilisé en tant qu'électrolyte solide dans des batteries Mg. Le choix a été fait d'étudier les composés du diagramme de phases binaire Mg(BH4)2-Mg(NH2)2. Dans ce diagramme, seuls les composés Mg(BH4)2, Mg(NH2)2 et Mg(BH4)(NH2) étaient connus. Mg(BH4)(NH2) avait été rapporté comme un bon conducteur ionique mais ses paramètres de synthèse étaient inconnus. Dans un premier temps, il a donc fallu déterminer les paramètres de synthèse nécessaire pour l'obtention de Mg(BH4)(NH2). Après avoir testé différentes vitesses de broyage, différents temps, atmosphères et températures de recuit, Mg(BH4)(NH2) a pu être obtenu. Au cours des différentes optimisations des paramètres de synthèse, une phase additionnelle inconnue fut identifiée. Cette phase a une influence sur la conductivité ionique de nos échantillons. L'hypothèse fut faite que cette phase était en fait un composé du type Mg(BH4)2x(NH2)2(1-x). À partir des paramètres de synthèse déterminés précédemment, de nouvelles synthèses furent réalisées pour différentes stœchiométries. Trois nouvelles phases crystallines du type Mg(BH4)2x(NH2)2(1-x) purent être identifiées et une tendance fut observée entre la composition des produits et leur conductivité ionique. Cette tendance est suivie par tous les composés identifiés et atteint un maximum pour x = 0.67 avec une conductivité de 4x10-5 S.cm-1 à 100°C, ce qui représente l'une des meilleures conductivités des ions Mg2+ jamais mesurée dans un solide inorganique. Les propriétés d'électrolyte solide des meilleurs conducteurs ioniques identifiés lors de ces travaux furent caractérisées. Il apparut que ces composés ne sont pas stables à haut potentiel. Ils commencent à s'oxyder aux alentours de + 1.0 V vs. Mg2+/Mg. Néanmoins, ils sont stables vis-à-vis du Mg et permettent sa déposition et sa dissolution
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03632754 , version 1 (06-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03632754 , version 1

Citer

Ronan Le Ruyet. Identification of new Mg2+ solid ionic conductors through the exploration of the Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 phases diagram. Other. Université de Picardie Jules Verne, 2020. English. ⟨NNT : 2020AMIE0055⟩. ⟨tel-03632754⟩
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