Des nouveaux matériaux pour des batteries sans métaux

Development of organic materials for metal-free batteries

• Auteur / Autrice : Valentin Gouget
• Direction : Thibaut Gutel, Lionel Picard, Laurent Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, électrochimie, génie civil
• Date : Soutenance le 21/09/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département des technologies des nouveaux matériaux (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Leprêtre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Marion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandru Vlad, Françoise Serein-Spirau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux organiques

Lithium

Batteries

Mots clés libres

Batteries

Lithium

Matériaux organiques

Batteries

Metal-Free

Organic materials

Lithium

Résumé

D’ici 2050, la consommation d’énergie à l’échelle mondiale augmentera de 50 % et s’accompagnera d’une forte croissance des émissions de gaz à effet de serre (selon les prévisions, près de 70 % de cette énergie sera d’origine fossile). Les batteries lithium-ion sont une technologie prometteuse pour le stockage électrochimique de l’énergie et élément indispensable pour décarboner le secteur de la mobilité avec comme application phare : les véhicules particuliers. Le développement de batterie lithium-ion bas coût à faible impact environnemental redevient attractif, même si pour l’instant la course à l’autonomie et aux performances fait appel majoritairement à des technologies basées sur les métaux de transition. Les développements sur les matériaux d’électrodes organiques sont assez anciens. Les premiers travaux reportés datent de 1969. Cette thèse a pour but principal de mettre au point une batterie organique compétitive pour le stockage de l’énergie. Pour atteindre cet objectif, quatre thématiques différentes sont étudiées :• Amélioration de la densité énergétique des batteries organiques par un design moléculaire innovant.• Recherche de voies de synthèses de matériaux organiques respectant les 12 principes de la chimie verte.• Compréhension des mécanismes réactionnels dans le but de faciliter la transposition à plus grande échelle de la synthèse.• Exploration de nouvelles structures chimiques pour le stockage de l’énergie : nouvelles familles redox et molécules hyperfonctionnalisées.

By 2050, global energy consumption will increase by 50%, with a strong rise in greenhouse gas emissions (according to forecasts, almost 70% of this energy will be fossil-based). Lithium-ion batteries are a promising technology for the electrochemical storage of energy, and an essential element in the decarbonization of the mobility, with private vehicles as a key application. The development of low-cost and low-environmental-impact lithium-ion batteries is becoming attractive once again, even if the race for autonomy and performance is currently dominated by technologies based on transition metals. Developments of organic electrode materials is quite old. The first reported work dates to 1969. The main aim of this thesis is to develop a competitive organic battery for energy storage. To achieve this goal, four different topics are investigated:- Improving the energy density of organic batteries through innovative molecular design.- Research into ways of synthesizing organic materials in line with the 12 principles of green chemistry.- Understanding reaction mechanisms to facilitate scaling-up of synthesis.- Exploring new chemical structures for energy storage: new redox families and hyperfunctionalised molecules.