De la conception de matériaux d'électrode organiques innovants à leur intégration en batteries "tout organique"
Auteur / Autrice : | Alia Jouhara |
Direction : | Philippe Poizot, Nicolas Dupré |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 23/11/2018 |
Etablissement(s) : | Nantes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans) |
Partenaire(s) de recherche : | COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019) |
Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes) | |
Jury : | Président / Présidente : Florent Boucher |
Examinateurs / Examinatrices : Michel Armand, Muriel Hissler, Vlad-Alexandru Macri |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Répondre aux besoins croissants en termes de stockage électrochimique sans épuiser les ressources naturelles exige de promouvoir des technologies de batteries en rupture à la fois efficientes mais aussi à faible impact au plan environnemental. La conception de batteries organiques pourrait s'avérer être une partie de la solution. En effet, la richesse de la chimie organique offre une multitude de possibilités pour développer des matériaux d'électrode innovants à partir d’éléments abondants et peu coûteux. Près de 40 ans après la découverte des polymères conducteurs, des batteries Li-organiques offrent maintenant d’intéressantes performances en cyclage. Pourtant, la synthèse de matériaux organiques lithiés électroactifs à haut-potentiel ainsi que celle de matériaux organiques de type p électroactifs à bas potentiel se sont avérées assez complexes et par conséquent, très peu d'exemples de cellules « tout organique » existent. Au cours de ce travail de recherche, nous avons mis en lumière une approche chimique originale consistant à perturber la structure électronique de l’entité organique électroactive (modulation des effets inductifs) au moyen d’un cation spectateur faiblement électropositif ce qui conduit à une augmentation significative du potentiel redox des matériaux d'électrodes organiques lithiés déjà connus. Cette découverte nous a permis de développer une batterie Li-ion « tout organique » capable d’offrir une tension de sortie d’au moins 2,5 V sur plus de 300 cycles. Ensuite, nous avons cherché à concevoir des matériaux de type p capables de fonctionner à bas potentiel et ainsi élaboré des batteries Anion-ion « tout organique ». Enfin, une étude préliminaire d’une nouvelle famille de composés potentiellement bipolaires au plan redox (intégration de centres redox de type n et de type p) a également été réalisée.