Approches de modélisation pour la conception et le développement de matériaux d'électrodes organiques pour batteries
Auteur / Autrice : | Fanny Lambert | |
Direction : | Alejandro Franco, Christine Frayret | |
Type : | Projet de thèse | |
Discipline(s) : | Chimie-Chimie des Solides et Sciences des Matériaux-25DCH1 | |
Date : | Inscription en doctorat le | Soutenance le 27/02/2024 |
Etablissement(s) : | Amiens | |
Ecole(s) doctorale(s) : | Sciences, Technologie, Santé | |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LRCS - Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides | |
Jury : | Président / Présidente : Philippe Poizot | |
Examinateurs / Examinatrices : Alejandro Franco, Christine Frayret, Julien PILMé, Vincent Tognetti, Carlo Gatti | ||
Rapporteurs / Rapporteuses : Julien PILMé, Vincent Tognetti |
Résumé
Les électrodes organiques représentent une alternative intéressante aux composés inorganiques classiquement utilisés dans les batteries et présentent de nombreux avantages, notamment lemploi de molécules naturellement abondantes (extraction possible à partir de la biomasse), non toxiques et facilement recyclables. Au niveau de la recherche de nouveaux matériaux actifs au plan redox, capables de constituer des électrodes organiques pour ces dispositifs, diverses classes de composés ont déjà été identifiées en tant que candidats prometteurs. Néanmoins, ce domaine de recherche demeure actif et lespace au sein duquel lidentification de cette catégorie de matériaux peut être réalisée reste extrêmement vaste, laissant ainsi une place conséquente à de nombreuses nouvelles investigations. En complément des travaux expérimentaux qui ont permis pour lheure et continuent de révéler les principales familles susceptibles datteindre des performances intéressantes, des études computationnelles peuvent également être impliquées à plusieurs niveaux. Dans ce contexte, des travaux de modélisation ont été initiés, notamment à léchelle microscopique par des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité électronique (DFT) en vue de prédire les propriétés électrochimiques de composés organiques susceptibles de constituer des matériaux d'électrodes pour batteries. Les investigations ont été réalisées sur diverses familles incluant des variations stratégiques au plan structural, via les changements de familles, des fonctionnalisations, la présence dhétéroatomes au sein de cycles, etc. en vue de sonder finement les mécanismes mis en jeu et dans loptique dune compréhension des relations structures-propriétés mises en uvre. Létude approfondie de la structure électronique réalisée de façon systématique en faisant appel à divers indicateurs permet dentrevoir une lecture éclairée des divers phénomènes mis en jeu et des facteurs clés quil convient dimpliquer ou de moduler en vue de moduler le potentiel redox et/ou le gap entre orbitales frontières. Au-delà de ces études réalisées par des approches de chimie quantique, la simulation du processus de fabrication dune électrode organique a été réalisée, permettant de valider la transposition dun modèle mésoscopique faisant appel à une méthodologie Coarse Grained Molecular Dynamic, établi initialement pour les électrodes inorganiques, aux cas des électrodes organiques.