Matériaux d'électrode négative pour batterie protonique : élaboration et étude du comportement en cyclage et du vieillissement en électrolyte liquide ionique.

Hydridable materials as negative electrode for proton batteries: synthesis, cycling and aging studies in ionic liquid electrolytes

• Auteur / Autrice : Julie Chan
• Direction : Judith Monnier, Junxian Zhang
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Métallurgie et Matériaux Inorganiques

Mots clés

Mots clés libres

Liquides ioniques

Électrochimie

Hydrures métalliques

Chimie du solide

Corrosion

Élaboration

Ionic liquids

Metallic hydrides

Solid chemistry

Electrochemistry

Corrosion

Synthesis

Résumé

Pour développer de nouveaux systèmes de stockage électrochimique efficaces, durables et sûrs, le choix du porteur de charge est fondamental. Ce doit être un élément abondant avec une excellente conduction ionique dans l'accumulateur. Le couple proton/hydrogène remplit ces conditions en milieu aqueux mais présente des limites liées à la corrosion des électrodes et à la fenêtre électrochimique de l'eau. H-BAT est un projet ANR financé qui propose un nouveau concept de batteries à conduction protonique dont l'électrolyte est un liquide ionique protique (LIP) non corrosif associé à des électrodes négatives de forte capacité (hydrures métalliques légers) et positives à haut potentiel (phosphates de Fe ou de V). H-BAT est un projet fondamental visant à développer ce nouveau concept d'accumulateur, à comprendre les mécanismes de transport de charge et à décrire finement les interfaces LIP-électrodes. Dans ce cadre, la présente thèse se concentrera sur la partie électrode négative et couplage avec l'électrolyte liquide ionique. Pour cela, le doctorant devra élaborer des alliages métalliques hydrurables et les caractériser d'un point de vue structural, élémentaire et thermodynamique (absorption de l'hydrogène). Dans un second temps leur compatibilité et leur cyclabilité dans les électrolytes liquides ioniques seront étudiées, avant d'investiguer les mécanismes de transfert des protons entre le liquide ionique et le matériau d'électrode.

To develop new efficient, durable and safe electrochemical storage systems, the choice of the charge carrier is fundamental. It must be an abundant element with excellent ionic conduction in the accumulator. The proton/hydrogen couple fulfills these conditions in an aqueous medium but has limits related to the corrosion of the electrodes and the electrochemical window of water. H-BAT is a funded ANR project which proposes a new concept of proton conduction batteries whose electrolyte is a non-corrosive protic ionic liquid (PIL) associated with high capacity negative electrodes (light metal hydrides) and high potential positive electrodes (Fe or V phosphates). H-BAT is a fundamental project aiming to develop this new concept of accumulator, to understand the charge transport mechanisms and to finely describe the LIP-electrode interfaces. In this context, this thesis will focus on the negative electrode part and coupling with the ionic liquid electrolyte. For this, the Ph-D student will have to develop hydridable metal alloys and characterize them from a structural, elemental and thermodynamic (absorption of hydrogen) point of view. In a second step, their compatibility and their cyclability in ionic liquid electrolytes will be studied, before investigating the mechanisms of proton transfer between the ionic liquid and the electrode material.