Mécanismes de coloration-décoloration des oxydes mixtes Nickel-Tungstène

Coloration-bleaching mechanisms in nickel-tungsten mixed oxides

• Auteur / Autrice : Simon Redor
• Direction : Jean-Marie Tarascon, Amaury Patissier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie du solide et de l'énergie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Guillemoles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Montserrat Casas Cabanas, Martin Bazant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Aline Rougier, Thierry Gacoin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétrons

Matériaux hybrides

Couches minces

Oxydes de nickel

Dispositifs électrochromiques

Mots clés libres

Electrochromisme

Nanocomposite

Couches minces

Oxyde de nickel

Synthèse

Electrochromism

Nanocomposite

Thin films

Nickel oxide

Synthesis

Résumé

Les menaces du changement climatique demandent une diminution immédiate des quantités de gaz à effet de serre émises dans le monde. Pour se faire, il est essentiel d'utiliser des matériaux à haute efficacité énergétique dans le secteur du bâtiment. De fait, les vitrages électrochromes sont une technologie importante à développer ; certaines, déjà disponible sur le marché, utilisent comme électrode positive une couche mince faite d'un oxyde mixte Li‑Ni‑W, obtenu par pulvérisation magnétron. Cependant, beaucoup d'incertitudes subsistent sur les relations entre la composition, la structure, et les propriétés électrochromes dans ces matériaux. Le but de ce projet doctoral est d'apporter une meilleure compréhension de ces couches minces Li-Ni-W-O nanocomposites. Tout d'abord, le diagramme de phase ternaire Li2O-NiO-WO3 a été complété par la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle phase, Li2Ni2W2O9. Puis, le comportement électrochimique et les spectres XPS de poudres LixNiyWzOn ont été comparés à ceux de la couche mince nanocomposite de référence, révélant que l'activité à bas potentiels de cette dernière est due à une réaction de conversion impliquant le couple rédox Ni2+/Ni0. Enfin, en comparent des couches minces LixNiyWzOn obtenues par enduction centrifuge et la couche mince nanocomposite de référence, il apparaît que les propriétés électrochromes de ces systèmes à hauts potentiels est permise par des proportions équilibrées de nanocristaux de NiOz d'un côté, et de matrice amorphe de l'autre. Toutes ces observations pavent le chemin vers l'optimisation des performances électrochromes de ces couches minces nanocomposites Li-Ni-W-O.

The threats of climate change call for an immediate decrease in the amount of greenhouse gas emissions emitted globally. To achieve this, using energy efficient materials in the buildings sector is a key strategy. The electrochromic smart window is thus a very interesting technology to develop; in some commercially available products, a magnetron sputtered, nanocomposite Li-Ni-W mixed oxide is used as the positive electrode. However, many questions remain about the relationships between composition, structure, and electrochromic properties in such materials. The aim of this doctoral research is to bring some fundamental understanding on these nanocomposite Li-Ni-W-O thin films. At first, the Li2O-NiO-WO3 ternary phase diagram was completed by synthetizing and characterizing a new phase, Li2Ni2W2O9. Then, the electrochemical behavior and the XPS spectra of LixNiyWzOn powders were compared to those of the reference nanocomposite thin film, revealing that the activity of the film at low potentials was due to a conversion reaction involving the Ni2+/Ni0 redox couple. Finally, by comparing spin-coated LixNiyWzOn thin films and the reference nanocomposite thin film, it appears that the electrochromic properties in these systems at high potentials is allowed by the right balance of active NiOz nanocristallites and amorphous matrix. All of these observations lay the groundwork for an optimization of the electrochromic performances in nanocomposite Li‑Ni‑W-O thin films in the future.