Thèse soutenue

Développement du "SEM in situ/operando" et son application à l'étude des "défis interfaciaux" associés aux "batteries solides à base de métal Li"

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Auteur / Autrice : Neelam Ghanshyam Yadav
Direction : Mathieu MorcretteCarine Davoisne
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie. Electrochimie des Solides
Date : Soutenance le 14/12/2022
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 ; 1968-....)
Jury : Président / Présidente : Sylvain Franger
Examinateurs / Examinatrices : Romain Dugas
Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Laberty-Robert, Claire Villevieille

Résumé

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Une batterie dite "tout solide" utilise des électrodes solides et des électrolytes solides (ES) au lieu d'électrolytes liquides. L'un des principaux défis depuis plusieurs décennies est l'impossibilité d'utiliser le lithium métal comme anode pour les batteries à électrolyte liquide pour des raisons de sécurité. Cependant, c'est le métal qui possède la capacité spécifique théorique la plus élevée et le potentiel de réduction le plus faible. Ainsi, son utilisation comme anode permettrait de maximiser la densité énergétique. Avec les progrès des électrolytes solides dont certains dépassent la conductivité ionique des électrolytes liquides commerciaux, il y a un nouvel espoir de pouvoir enfin l'utiliser comme électrode tout en assurant la sécurité. Cependant, la route vers le succès des batteries tout solide est parsemée de défis notamment au niveau des "interfaces solide-solide". L'objectif de ce travail de doctorat est de contribuer à la compréhension fondamentale existante des défis interfaciaux en utilisant une cellule développée en interne pour réaliser des expériences de microscopie électronique à balayage (MEB) in situ/operando. Parmi les différentes techniques utilisées pour comprendre les défis posés par les batteries, la microscopie électronique à balayage (MEB) offre un bon compromis en termes de taille et de résolution d'observation avec la possibilité de réaliser des études avec une bonne résolution spatiale. En combinant l'imagerie avec des analyses chimiques par spectroscopie à dispersion d'énergie aux rayons X (EDX), une étude complète des modifications morphologiques et chimiques est possible. Pour compléter la compréhension des résultats obtenus par in situ/operando SEM, de la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) a été réalisée pour obtenir des informations supplémentaires du point de vue électrochimique