Développement de revêtements de surface innovants pour électrodes de magnésium et calcium .

Innovative coatings for magnesium and calcium negative electrodes.

• Auteur / Autrice : Tarik Zirari
• Direction : Remi Dedryvere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 17/12/2022
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Revêtements de surface

Électrodes de magnesium

Électrodes de calcium

Batteries

Coatings

Calcium negative electrodes

Magnesium negative electrodes

Batteries

Résumé

Les batteries au magnésium et au calcium constituent une alternative à la technologie lithium-ion réaliste pour l'avenir. En effet, ces métaux sont très abondants et plus sûrs que le lithium, et ils offrent aussi théoriquement des capacités élevées comme électrodes négatives. En ce qui concerne l'électrode positive, le soufre, en tant qu'élément électroactif, est une solution pour contourner la mauvaise insertion électrochimique des ions divalents (Mg2+ et Ca2+) dans les matériaux d'électrode hôtes classiques. De plus, le soufre est également un élément abondant sur Terre et offre théoriquement des capacités spécifiques très élevées. Cependant, la passivation des surfaces métalliques de Mg ou Ca en contact avec des solutions électrolytiques empêche les processus de dépôt/redissolution du métal sur l'électrode et par conséquent l'activité électrochimique globale. Les problèmes de passivation des surfaces de Mg ou de Ca constituent donc le principal verrou scientifique de ce type de systèmes. Parmi les multiples stratégies, notre proposition dans ce projet de thèse est de développer des revêtements de surface de type alliage, et d'étudier leur effet sur la formation de l'interphase électrolyte solide (SEI) à la surface de l'électrode métallique revêtue. En particulier, les éléments du bloc p forment des alliages avec Mg et Ca, qui sont compatibles avec les électrolytes standard des batteries.

Magnesium- and Calcium-batteries are a realistic alternative to the lithium-ion technology for the future. Indeed, these metals are highly abundant and safer than lithium, and they also theoretically offer high capacities as negative electrodes. Regarding the positive electrode, sulfur as the electroactive element is a solution to bypass the poor electrochemical insertion of divalent ions (Mg2+ and Ca2+) into classical host electrode materials (layered or polyanionic frameworks). In addition, sulfur is also an abundant element on Earth and theoretically offers very high specific capacities. However, the passivation of metallic Mg or Ca surfaces in contact with electrolyte solutions prevents practically plating/stripping processes and consequently the overall electrochemical activity. Passivation issues of Mg or Ca surfaces are thus the main scientific bottleneck in this kind of systems. Among the multiple strategies, our proposition in this PhD project is to develop alloy-type surface coatings, and to study their effect on the formation of the Solid Electrolyte Interphase (SEI) at the surface of the coated metallic electrode. Especially, p-bloc elements form alloys with Mg and Ca, which are compatible with standard battery electrolytes.