Vers la réversibilité des carbones fluorés en batterie

Towards the reversibility of fluorinated carbons in battery

• Auteur / Autrice : Marie Colin
• Direction : Marc Dubois, Katia Guerin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux, nanomatériaux et procédés
• Date : Soutenance le 18/10/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Maria Concepción Ovin Ania
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camelia Matei Ghimbeu, Raphaël Janot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Batteries lithium-ion

Mots clés libres

Carbone fluoré

Batterie lithium ion

Réversibilité

Fluorinated carbon

Lithium ion Battery

Reversibility

Résumé

Les carbones fluorés sont utilisés dans de nombreux domaines tels que le médical (pacemaker), le militaire ou comme piles pour le grand public. Ces matériaux, utilisés comme électrode positive dans les piles au lithium, délivrent des capacités et des densités d'énergie qui surpassent les technologies de d'autres piles commerciales. De plus, ces matériaux sont utilisables sur une large plage de températures, ce qui permet de diversifier leurs utilisations et ils ont une durée de vie de 15 ans. Cependant, lors de l'utilisation de la pile, un composé très stable, le fluorure de lithium, va se former et va empêcher le processus inverse, c'est à dire la charge de la batterie. Les systèmes avec une cathode de carbone fluoré sont alors des systèmes dits primaires, non rechargeables. Ils présentent en plus de faibles performances en puissance. Les enjeux de cette thèse sont donc, dans un premier temps d'améliorer les performances des piles, notamment en puissance. Dans un second temps, la réversibilité de ces systèmes est recherchée. Pour répondre à cela, une étude matériaux est réalisée en considérant différents carbones fluorés. D'autres composants de la pile, tels que l'électrolyte, sont également étudiés.

Fluorinated carbons are used in many fields such as medical (pacemaker), military or as batteries for the general public. These materials, used as positive electrode in lithium batteries, deliver capacities and energy densities that exceed other commercial primary batteries. In addition, these materials can be used over a wide range of temperatures, allowing them to diversify their uses and have a lifespan of 15 years. However, when using the battery, a very stable compound, lithium fluoride, will de formed and will prevent the reversibility of the process, i.e. the battery charge. Systems with a fluorinated carbon cathode are then called primary battery, non-rechargeable systems. They also have low power performance. Therefore, the aims of this thesis are initially to improve the performance of the batteries, especially in power. Secondly, the conditions for the reversibility of these systems will be searched. For this aim, different fluorinated carbons will be considered according to their dimensionality, size and C-F bonding. Other components of the battery, such as the electrolyte, are also studied.