Des oxydes aux matériaux polyanioniques, valeurs ajoutées de la biominéralisation bactérienne de matériaux de batterie

From oxides to polyanionic materials, added values of bacterial biomineralisation for battery materials

• Auteur / Autrice : Boris Mirvaux
• Direction : Jean-Marie Tarascon, Nadir Recham, Jennyfer Miot, Dominique Larcher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie et électrochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 04/04/2017
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens) - Réseau sur le Stockage Électrochimique de l'Énergie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Tarascon, Nadir Recham, Jennyfer Miot, Dominique Larcher, Frédéric Favier, Bénédicte Ménez, Laurence Croguennec, Philippe Barboux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Favier, Bénédicte Ménez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

Bactéries

Électrochimie

Minéralisation (biologie)

Mots clés libres

Chimie des matériaux

Biominéralisation

Materials Chemistry

Biomineralization

Résumé

L'objectif de cette thèse est l'exploration de la biominéralisation bactérienne en solution aqueuse à température modérée, pour la préparation de matériaux électrochimiquement actifs pour une application en accumulateur au lithium éco-compatible. Dans ce contexte, ce manuscrit est focalisé sur la synthèse de FePO4·nH2O amorphe (FP) assistée par la bactérie S. pasteurii. La paroi bactérienne, en favorisant la nucléation de FP, confère aux particules, une organisation originale dite "bactériomorphe". Bien que le composite obtenu soit non-électroactif, il peut être activé par différents traitements : mécanique, chimique ou thermique. Un chauffage sous air s'est avéré être le plus efficace pour décomposer la matière bactérienne qui isole électriquement le FP. Les performances électrochimiques de ces bactériomorphes sont comparables à celles d'un FP produit sans bactéries mais broyé plusieurs heures. Il s'agit cependant d'un compromis car le chauffage induit aussi une déshydratation entrainant une limitation de la capacité délivrée par FP. Cette déshydratation et ses conséquences électrochimiques sont étudiées par différentes techniques, dont des techniques de microscopie et spectroscopie comme le STXM. Afin de contourner cette nécessité d'activation thermique, l'exploration de la synthèse extracellulaire de MnO2 par l'activité de la bactérie P. putida est initiée. Les résultats préliminaires sont prometteurs car le biominéral est actif électrochimiquement sans aucune activation post-synthèse

This study aimed at exploring a diversity of aqueous bacterial biomineralisation processes at room temperature for the synthesis of electrochemically active materials for an eco-compatible and reliable Li-ion battery application. This thesis is focused on S. pasteurii bacteria assisted synthesis of amorphous FePO4·nH2O (FP). The bacterial wall induces an original organization of FP particles (called "bacteriomorph") by promoting its nucleation. The product is an electrochemically inactive composite but can be activated by multiple treatments: mechanical, chemical or thermal. Heating under air is the most efficient method, as it burns the electrically insulating bacterial matter. Bacteriomorph FP’s electrochemical performances are comparable to those of FP synthesized without bacteria but ground for several hours. This treatment is however a compromise as heating induces dehydration as well, which impairs the reversible capacity of FP. This dehydration and its consequences on electrochemical properties have been studied with multiple tools, including microscopic and spectroscopic techniques, such as STXM. To overpass the thermal activation need, we started the exploration of extracellular synthesis of MnO2 assisted by P. putida. First results are promising as the biomineral is electrochemically active without any post-synthesis activation