Réactivité électrochimique et chimique des matériaux à base d'oxyde de titane avec un liquide ionique chloroaluminé pour batteries à l'aluminium

Electrochemical and chemical reactivities of titanium oxide-based materials with chloroaluminate ionic liquid electrolyte for aluminium batteries

• Auteur / Autrice : Maxime Sorriaux
• Direction : Damien Dambournet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 27/03/2024
• 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 : Christel Laberty-Robert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sathiya Mariyappan, Christophe Legein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Romain Berthelot, Valérie Pralong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides ioniques

Aluminium

Batteries

Oxyde de titane

Matériaux

Électrochimie

Mots clés libres

Aluminium

Batterie

Chimie des défauts

Liquides ioniques

Lacunes cationiques

Aluminum

Battery

Defects Chemistry

Ionic liquids

Cationic vacancies

Résumé

Les changements sociétaux récents rendent nécessaires le développement de nouveaux systèmes de stockage d'énergie. Selon les prévisions, les batteries lithium-ion cesseront de répondre à la demande globale au cours de la prochaine décennie. Dans ce contexte, le développement de nouvelles technologies de batteries est requis. De ce fait, le travail ici proposé explore le système de batterie à l'aluminium. L'étude porte à la fois sur l'électrolyte et sur les matériaux d'électrode. La chimie des défauts est utilisée pour réaliser l'intercalation de l'ion aluminium dans le matériau d'électrode. En effet, les lacunes cationiques, de la structure de l'oxyde de titane choisi, offrent des sites d'insertion privilégiés pour une grande variété d'ions. Cependant, la durée de vie de la batterie est considérablement réduite en raison des interactions entre le matériau d'électrode et le liquide ionique, utilisé comme électrolyte.

Societal changes drive the need for new energy storage systems. Forecasts consider that lithium-ion batteries will cease to meet the demand within the next decade. In this regard, the development of new battery technologies is mandatory. That is why, in this work, the aluminium battery system is explored. Investigations are performed on both the electrolyte and the electrode materials. In this study, the aluminium ion intercalation in the electrode material is achieved, using the defect chemistry. Indeed, cationic vacancies within a titanium oxide structure offer favourable insertion sites for a wide variety of ions. However, the battery lifespan is observed to be greatly shortened due to interactions between the electrode material and the ionic liquid used as the electrolyte.