Thèse soutenue

Design de nouveaux matériaux d’électrodes par chimie douce pour des batteries à ions multivalents
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Auteur / Autrice : Seongkoo Kang
Direction : Damien Dambournet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 30/09/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
Jury : Président / Présidente : Sophie Cassaignon
Examinateurs / Examinatrices : Laurence Croguennec, Lorenzo Stievano, Serge Durand-Vidal
Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Pralong, Éric Ferrage

Résumé

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La transition vers une nouvelle ère d'hyperconnectivité augmentera la demande d'énergie. La batterie Li-ion, qui est actuellement le système de stockage d'énergie prédominant pour les appa-reils mobiles, les véhicules électriques et les énergies renouvelables, devra améliorer ses perfor-mances en prenant compte de la durabilité. Les batteries à ions multivalents (MV) utilisant les éléments abondants dans la croûte terrestre peuvent fournir une capacité plus élevée grâce à un processus de multi-électrons. Le développement des batteries à ions MV est entravé par la forte interaction entre les ions insérés et le matériau d'électrode hôte qui se traduit par une diffusion lente des ions. Différentes stratégies ont été suggérées pour améliorer leur diffusion, telles que l'ingénierie des matériaux lamellaires avec l'eau interlamellaire qui solvate les ions MV pour ré-duire l'interaction électrostatique. Cependant, ces stratégies ont facilité les réactions secondaires parasites telles que la (co-)insertion de protons ou de solvants. Par conséquent, il est important de comprendre le comportement des ions MV dans le matériau. Nous avons synthétisé par voie Chimie Douce des titanates lamellaires stabilisant différents ions dans le réseau d'eau interlamel-laire. L'échange ionique topotactique Na+–H+ du Na-titanate vers H-titanate a d'abord été étudié. Les propriétés électrochimiques de ces matériaux avec Mg2+, Al3+ et H+ ont été étudiées. Les ions Zn2+ ont été chimiquement stabilisés dans l'espace interlamellaire et nous avons étudié leur influence sur le réseau d'eau intercouche. Les protocoles de test électrochimique pour la batterie à ions MV sont également présentés.