Synthèse et caractérisations de verres et vitrocéramiques - Applications audomaine du stockage de l'énergie (matériaux de cathode)

Synthesis and characterizations of glasses and glass-ceramics -Applications to the field of energy storage (cathode materials)

• Auteur / Autrice : Rémi Piotrowski
• Direction : Gaelle Delaizir, Pierre-Marie Geffroy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Inscription en doctorat le 14/09/2021
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences et Ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Céramiques
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IRCER AXE 3 ORGANISATION STRUCTURALE MULTI-ECHELLE DES MATERIAUX

Mots clés

Mots clés libres

Verre

Vitrocéramique

Cathode

Glass

Glass-ceramic

Cathode

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR AMSES (Advanced Modeling as a Strategy to design glass and glass-ceramic materials for Energy Storage applications) qui a pour but de modéliser et synthétiser des matériaux de cathode pour le stockage de l'énergie (batterie). L'originalité de ce projet, en collaboration avec le laboratoire IPCMS (Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg), consiste en la combinaison des techniques de modélisation avancées avec la synthèse et la caractérisation en laboratoire pour une conception optimale et viser ainsi l'obtention de matériaux de cathodes efficaces. Cette thèse répond uniquement à la partie expérimentale du projet, où il s'agit de synthétiser et caractériser des verres et vitrocéramiques en partant de précurseurs prédéfinis. L'objectif est donc de développer de nouveaux matériaux de cathodes innovants via l'élaboration de verres multi-composants et vitrocéramiques à base de Na2O-V2O5-TeO2 et Na2O-V2O5-P2O5. Les limitations actuelles de ce type d'approche dans la fabrication d'électrodes verre et vitrocéramique sont d'obtenir une conductivité ionique/électronique contrôlée, une stabilité structurelle/électrochimique, une longue durée de vie du cycle charge/décharge et un contrôle des propriétés de l'interface électrolyte-électrode. Ce dernier point est principalement dû à un manque de compréhension fondamentale à l'échelle atomique des structures verre et vitrocéramique et de leur chimie d'interface. Pour y parvenir, des caractérisations en DRX, DSC, MEB et spectroscopie d'impédance sont réalisées au sein du laboratoire de l'IRCER, et des tests électrochimiques se feront en collaboration avec le laboratoire Chimie et Electrochimie des Solides de l'Université de Montréal au Québec.

This thesis is part of an ANR AMSES project (Advanced Modeling as a Strategy to design glass and glass-ceramic materials for Energy Storage applications), which aims to model and synthesize cathode materials for energy storage (batteries). The uniqueness of this project, in collaboration with the IPCMS laboratory (Institute of Physics and Chemistry of Materials of Strasbourg), lies in the combination of advanced modeling techniques with laboratory synthesis and characterization for optimal design, ultimately aiming to obtain efficient cathode materials. This thesis exclusively addresses the experimental aspect of the project, involving the synthesis and characterization of glasses and glass-ceramics using predefined precursors. The objective is to develop new innovative cathode materials through the elaboration of multi-component glasses and glass-ceramics based on Na2O-V2O5-TeO2 and Na2O-V2O5-P2O5 systems. The current limitations of this approach in the fabrication of glass and glass-ceramic electrodes include achieving controlled ionic/electronic conductivity, structural/electrochemical stability, long cycle life of charge/discharge, and control over the properties of the electrolyte-electrode interface. The latter aspect is primarily due to a lack of fundamental understanding at the atomic scale of glass and glass-ceramic structures and their interface chemistry. To achieve this, characterizations using XRD, DSC, SEM, and impedance spectroscopy are conducted within the IRCER laboratory, and electrochemical tests will be carried out in collaboration with the Chemistry and Electrochemistry of Solids laboratory at the University of Montreal in Quebec.