Dissertations / Theses: 'Synthèse de la batterie'

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Lassagne, Adrien. "Synthèse et caractérisation de nouveaux électrolytes copolymères pour batteries lithium métal polymère." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI063.

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Abstract:

Ces travaux ont pour objet la synthèse et la caractérisation de nouveaux électrolytes polymères pour batterie lithium métal polymère (LMP). L’objectif principal de ces électrolytes est de combiner une conductivité ionique élevée jusqu’à basse température et une résistance efficace contre les dendrites de lithium. Pour y parvenir, trois catégories de copolymères à bloc ont été élaborés, ils permettent d’obtenir une synergie de propriétés à priori antagonistes au sein d’un même matériau. Premièrement, la rigidité du polystyrène (PS) a été combinée à la conductivité du polyoxyéthylène (POE) dopé avec un sel de lithium (LiTFSI). Le POE a été préalablement modifié pour en abaisser la température de fusion (Tf) initialement située à 60°C, ce qui permet d’atteindre de hautes conductivités (7.10-5 S.cm-1) à 40°C, associées à un module d’Young de 0,3 MPa. Cependant, les bonnes conductivités de ces matériaux ne sont assurées que par une petite fraction de Li+ (t+=0,15). Cela crée des gradients de concentration qui limitent les performances des batteries. Pour pallier cela, l’anion TFSI a été greffé sur le bloc PS (PSTFSI), augmentant le t+ à 1. Le bloc PSTFSI combiné à du POE modifié a permis des conductivités remarquables pour un électrolytes solide (10-6 S.cm-1 @ 40°C). Dans un second temps, l’ajout d’une chaine perfluorée entre le PS et l’anion a permis un gain supplémentaire de conductivité par rapport au PSTFSI (2.10-5 S.cm-1 @ 60°C), uniquement assurée par les Li+. Dans chacune des trois catégories d’électrolytes plusieurs compositions ont été synthétisées, nous permettant de suivre l’impact de cette composition sur les morphologies, les propriétés thermodynamique et mécanique ainsi que sur les propriétés de transport. Finalement, des batteries LMP de laboratoire ont été assemblées avec les meilleurs électrolytes
This work deals with synthesis and characterization of new polymer electrolytes for lithium metal polymer (LMP) batteries. The main challenge of polymer electrolytes is to combine both high ionic conductivity at low temperature and good mechanical properties. To overcome these issues, block copolymers have been designed. Remarkable properties are reached thanks to the self-assembly of these triblock copolymers. Mechanical properties are given by stiff polystyrene (PS) domains whereas ionic mobility operates in an ionophilic phase, polyoxyethylene (POE) with a lithium salt (LiTFSI). By introducing chemical defects in the POE backbone, melting temperature of the copolymer has been considerably lowered leading to conductivities of about 7.10-5 S.cm-1 and a Young’s modulus of 0.3 MPa at 40°C. If interesting properties are obtained thanks to this strategy, the small fraction of conductivity insured by lithium ions (t+=0.15) remains an issue. The low t+ leads to large concentration gradients limiting the performances of the system. In a second approach, TFSI anions have been covalently tethered on the PS backbone, raising the t+ to 1. An important increase of Li+ conductivity was obtained by adding a perfluorinated spacer between PS and TFSI moieties, with an ionophilic phase based on PEO (2.10-5 S.cm-1 @ 60°C). The chemical modification of the PEO block leads to Li+ conductivities of 10-6 S.cm-1 at 40°C. The composition of these different copolymers have been varied and their structural, thermal, mechanical and transport properties have been studied. Finally the best electrolytes of each category have been assessed in a full cell configuration

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Lakraychi, Alae Eddine. "Conception d'une batterie "tout-organique" avec une tension de sortie supérieure à 2 V." Thesis, Amiens, 2017. http://www.theses.fr/2017AMIE0028/document.

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Abstract:

Dans le but de promouvoir des accumulateurs Li-ion moins polluants, une alternative possible à l'utilisation des composés inorganiques consiste à recourir à des matériaux organiques électroactifs. En effet, les molécules organiques présentent l'avantage d'être aisément produites par des techniques organiques simples à partir des précurseurs abondants avec une réelle possibilité d'être issus de ressources renouvelables (biomasse). Dans ce contexte, le sujet se concentre sur l'identification et le développement des matériaux électroactifs organiques capables de réagir à hauts potentiels (3 V vs. Li+/Li) comme à bas potentiels (0,5 < E < 1,0 V vs. Li+/Li) pour application en tant qu'électrodes positive et négative, dans le but de développer une batterie Li-ion "tout-organique" capable d'offrir une tension nominale d'au moins 2 V. Une approche d'ingénierie moléculaire a été appliquée pour moduler les performances électrochimiques notamment le potentiel redox. Dans une première partie, des substituants électroattracteurs (type sulfonates) ont été introduit sur des structures énolates lithiées offrant des matériaux organiques réservoirs de lithium stables à l'oxygène, en particulier le Li4-p-DHBDS (3,25 V vs. Li+/Li). Dans une deuxième partie, des substituants électrodonneurs (+I) tels que méthyle et alcyne, et d'autres électrodonneurs (+M) tels que amine, méthoxy et brome ont été introduit sur des systèmes carboxylates type téréphtalates. Il s'est avéré que le substituant inductif donneur (+I) est plus intéressant pour baisser le potentiel comme observé pour le composé Li2-DMT (0,72 V vs. Li+/Li, une baisse de 110 mV en comparaison le téréphtalate de lithium). Ce travail s'est conclu par la réalisation d'un test préliminaire d'une batterie complète "tout-organique-rocking-chair" offrant une tension de sortie d'environ 2,5 V
To promote low emission electrochemical energy storage systems, a possible alternative consists in partially moving away from inorganic-based to organic-based redox-active electrode materials. Indeed, organic molecules present the advantage to be easily synthesized from abundant raw materials coupled with the real possibility of being derived from renewable resources (biomass). To that extent, the topic is focused on the identification and the development of redox-active organic materials able of being charged at high potentials and being discharged at low potentials for positive and negative electrode applications, with the aim of developing an "all-organic" Li-ion battery able to deliver a working voltage of at least 2 V. A molecular engineering approach has been applied to tune the electrochemical performances in particular the redox potential. Firstly, electron-withdrawing substituents (sulfonates) have been incorporated on lithiated enolate-based backbones offering lithium reservoir organic materials stable to oxygen, particularly the Li4-p-DHBDS (3,25 V vs. Li+/Li). Secondly, electron-donating substituents with inductive effect (+I) such as methyle and alkyne, and others with mesomeric effect (+M) such as amine, methoxide and bromine have been incorporated on carboxylate structures (terephthalate). It was found that substituents with inductive donating effect (+I) are quite interesting to lower the redox potential as observed with Li2-DMT (0,72 V vs. Li+/Li ; i.e, -110 mV in comparison with the lithium terephthalate). The work concluded with a preliminary test of an "all-organic-rocking-chair" battery operating at an average working voltage close to 2,5 V

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Celasun, Yagmur. "Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux d'électrode positive pour des applications Li-ion à haute énergie." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI047.

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Abstract:

Cette thèse concerne le développement de rocksalts désordonnés surlithiés pour les systèmes Li-Ion à haute densité d’énergie. Dans un premier volet, les paramètres de synthèse ont été optimisés pour améliorer les performances du rocksalt désordonné Li2.2NiTi0.2Nb0.6O4. Pour comprendre l’origine de sa forte irréversibilité au premier cycle, des analyses in situ structurales et électrochimiques avancées montrent un changement structural avec l’apparition d’un désordre durant la première charge. Ensuite, le rocksalt désordonné Li2TiS3 a été préparé selon notre procédé breveté. De nouvelles compositions avec une substitution au Sélénium, Li2TiSexS3-x, ont permis d’obtenir de fortes capacités de décharge à des potentiels inférieurs avec une meilleure cyclabilité. L’activité réversible redox du soufre a été confirmée par électrochimie et par analyses de surface ex situ mais des caractérisations plus poussées sont nécessaires pour élucider le procédé redox complexe du sélénium
This thesis focuses on the development of overlithiated disordered rocksalts for high-energy Li-ion systems. Firstly, synthesis parameters have been optimized to improve the performances of the disordered rocksalt Li2.2NiTi0.2Nb0.6O4. To examine its high irreversibility (35%) at the first cycle, in situ advanced structural and electrochemical analyses have been performed. Results show that a structural change and disordering happen during the first charge. In a second part, the disordered rocksalt Li2TiS3 has been prepared with our patented process. To improve cycling stability of the cells, Li2TiS3 has been partially substituted with selenium and new Li2TiSexS3-x compositions have been prepared. Li2TiSexS3-x cells have large discharge capacities at slightly lower potentials. Reversible sulfur redox activity is confirmed by electrochemistry and ex situ surface analyses, however further characterizations are required to elucidate the relatively complex selenium redox process

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Huynh, Le Thanh Nguyen. "Les accumulateurs au sodium et sodium-ion, une nouvelle génération d’accumulateurs électrochimiques : synthèse et électrochimie de nouveaux matériaux d’électrodes performants." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1123/document.

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Abstract:

Les accumulateurs au lithium jouent un rôle important comme source d'alimentation pour les appareils électroniques portables en raison de leur forte capacité gravimétrique et volumétrique et leur haute tension. En outre, la technologie lithium-ion est la mieux placée pour une application à grande échelle, telle que le véhicule électrique, ce qui pose un problème de ressource et à terme, de coût. Une des réponses envisagées sur le plan économique et environnemental est le développement d’accumulateurs sodium-ion. Dans tous les cas, le problème scientifique consiste à proposer des matériaux d’insertion des ions sodium avec un caractère réversible de la réaction électrochimique, et une durée de vie compétitive par rapport aux systèmes au lithium. Le travail présenté se situe dans cet effort de recherche. Les potentialités de matériaux dérivés du pentoxyde de vanadium, de structure 2D, sont étudiées comme composés d’intercalation du sodium: le composé de référence V2O5, le bronze performant dérivé de V2O5 de formule K0,5V2O5, ε’-V2O5, ainsi que le composé au manganèse de type lamellaire : la birnessite sol-gel et sa forme dopée au cobalt. Les relations structure-électrochimie sont élucidées à travers une étude combinant propriétés électrochimiques, diffraction des Rayons X et spectroscopie Raman des matériaux à différents taux d’insertion, en fin de réaction et après cyclages galvanostatiques. De nouvelles phases sont obtenues et des capacités spécifiques comprises entre 100 et 160 mAh/g dans le domaine de potentiel 4V-1V peuvent être obtenues avec parfois une stabilité remarquable comme dans le cas de NaV2O5 et ε’-V2O5
Since commercialization, Li-ion batteries have been playing an important role as power source for portable electronic devices because of high gravimetric, volumetric capacity and high voltage. Furthermore, the lithium-ion technology is best suited for large-scale application, such as electric vehicles, which poses a resource problem and ultimately cost. On the contrary, sodium is a most abundant element, inexpensive and similarly properties as lithium. In order to solve the problem of lithium raw resource, sodium is proposed as a solution for next generation power source storage. This work investigates the potential derivative vanadium pentoxide materials as sodium intercalation compounds: the V2O5 reference compound, the promizing potassium bronze K0,5V2O5, ε'-V2O5, as well as a lamellar manganese oxide: the sol-gel birnessite and its doped cobalt form. The structure-electrochemistry relationships are clarified through a study combining electrochemical properties, X-ray diffraction and Raman spectroscopy of materials at different insertion rate, end of the reaction and after galvanostatic cycling. New phases are highlighted and specific capacities between 100 and 160 mAh / g in the field of 4V-1V potential can be obtained with sometimes remarkably stable as in the case of NaV2O5 and ε'-V2O5

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Costa, Maryline. "Synthèse de supports polymères et greffage de ferrocène pour une application en tant que batteries moléculaires." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14230/document.

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Abstract:

Des poly(styrène)s (PS) et poly(oxyde d'éthylène)s (PEO) d'architectures ramifiées et des particules semi-conductrices de poly(3,4-ethylènedioxythiophène)s (PEDOT) ont été synthétisés et utilisés comme supports pour le greffage de ferrocènes (Fc) en leur périphérie. Le greffage s’est effectué par cycloaddition de Huisgen dans le cas des PS et par estérification dans le cas des POE et des PEDOT. La mise en évidence d’une possible interaction entre la terminaison azoture des PS et le système catalytique employé pour la polymérisation radicalaire contrôlée a été faite dans ce travail. Les systèmes obtenus ont été caractérisés et testés par voltampérométrie cyclique pour évaluer leurs propriétés dans le stockage d’électrons pour une application de batterie moléculaire. Les groupements ferrocène peuvent être oxydés et réduits de façon réversible sur les PEO-Fc et les PS-Fc. Pour un taux élevé de Fc, un phénomène de transfert de charge entre le cœur PEDOT et les Fc périphériques a été mis en évidence par voltampéromérie cyclique
Energy storage system have been developed by grafting ferrocene (Fc) moieties on branched or hyperbranched polystyrene (PS) and polyethyleneoxide (PEO), and on semi-conducting poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) particles. Huisgen cycloaddition has been used to graft Fc at the periphery of PS stars, leading to PS-Fc. Synthesis of PEO-Fc and PEDOT-Fc has been done by esterification reaction. A possible interaction in between azido moieties and the catalytic system used for controlled radical polymerization of styrene has been evidenced in this study. Performances as molecular batteries of PS-Fc, PEO-Fc and PEDOT-Fc have been assessed by cyclic voltammetry. Fc moieties can be reversibly oxidized and reduced on PS-Fc and POE-Fc. For high ferrocene content, cyclic voltammetry showed the occurence of charge transfer between ferrocenyl groups and oxidized PEDOT core

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Lefevre, Guillaume. "Synthèse et étude électrochimique de matériaux silicates utilisés en tant qu'électrode positive pour les accumulateurs Li-Ion." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI021/document.

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Abstract:

La société fait face à des défis tels que le réchauffement climatique et la diminution des ressources. Ils sont intimement liés à l’énergie et à son stockage, dont les batteries Li-ion sont à ce jour la technologie la plus utilisée. L’amélioration de la densité d’énergie et la sécurité, ainsi que la réduction des éléments toxiques, rares et coûteux sont recherchées. Durant cette étude, les électrodes positives basées sur des matériaux polyanioniques silicates sont considérées pour répondre à ces demandes. Deux composés sont particulièrement étudiés, Li2MnSiO4, dont la capacité spécifique est supérieure à 300mAh.g-1 et LiMnSiO4, de structure olivine, encore jamais répertorié, dont la capacité (174mAh.g-1) et le potentiel (>3.7V) théoriques sont prometteurs.Dans un premier volet, un nanomatériau Li2MnSiO4/C est synthétisé par voie sol-gel. Ses propriétés électrochimiques et structurales sont étudiées. Les différents phénomènes de dégradation observés sont discutés par la suite. Une stratégie de dopage est proposée pour limiter la perte de capacité en cyclage par stabilisation de la structure via le composé Li2-xMn1+xAlxSi1-xO4/C. Enfin l’influence du stockage à l’air de Li2MnSiO4/C est mise en évidence et un mécanisme concernant la formation de Li2CO3 est proposé.En seconde partie, une synthèse de LiMnSiO4/C en plusieurs étapes est proposée à partir de l’olivine MgMnSiO4/C, suivie d’une oxydation chimique et d’une lithiation électrochimique. Chaque étape est caractérisée pour déterminer la structure, l’état d’oxydation et le comportement électrochimique du matériau obtenu.Pour conclure cette étude, les deux matériaux optimisés ont été testés suivant les profils d’applications spatiales (satellites LEO et GEO). La meilleure cyclablité de LiMnSiO4/C est confirmée ainsi que sa légitimité en tant qu’alternative prometteuse au matériau conventionnel Li2MnSiO4/C
The society is currently facing challenges such as global warming and rarefaction of resources. These issues have a factor in common, energy and more specifically its storage, for which lithium-ion batteries are today the state-of-the-art technology. Researchers and industries are focusing on the increase of energy density and safety and the reduction of toxic, costly and rare elements. In this study, positive electrodes based on silicate polyanionic materials are considered to fulfill these requirements. Two materials are studied, Li2MnSiO4 that exhibits appealing large capacity (>300mAh.g-1) and an unreported LiMnSiO4 with olivine structure that would have medium capacity (174 mAh.g-1) but associated with a high voltage (>3.7V).In a first part, a nanocomposite material Li2MnSiO4/C is synthesized by sol-gel route. Its electrochemical and structural properties are studied. The different degradation phenomena are discussed thereafter. Al-doped and Mn-rich Li2-xMn1+xAlxSi1-xO4/C is also proposed to lower the structural collapse during cycling. Finally the impact of its storage in air is assessed and a mechanism is proposed to explain the formation of Li2CO3.In a second part, a multistep synthesis is designed starting from olivine MgMnSiO4/C, followed by chemical oxidation and electrochemical lithiation to obtain LiMnSiO4/C. Each step is characterized to assess the structure, oxidation degree and electrochemical behavior of the final material.Finally, the testing of the two materials for space applications (LEO and GEO satellites profiles) confirms the better cyclability of LiMnSiO4/C and its validity as promising alternative to the conventional unstable Li2MnSiO4 compound

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Lavault, Antoine. "Generative Adversarial Networks for Synthesis and Control of Drum Sounds." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS614.

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Abstract:

Les synthétiseurs audio sont des systèmes électroniques capable de générer des sons artificiels sous un ensemble de paramètres dépendants de leur architecture. Quand bien même de multiples évolutions ont transformé les synthétiseurs de simples curiosités sonores dans les années 60 et précédentes à des instruments maîtres dans les productions musicales modernes, deux grands défis restent à relever: le développement d'un système de synthèse répondant à des paramètres cohérent avec leur perception par un humain et la conception d'une méthode de synthèse universelle, capable de modéliser n'importe quelle source et de la dépasser. Cette thèse étudie l'utilisation et la valorisation des réseaux antagonistes génératifs (Generative Adversarial Networks, abrégé en GAN) pour construire un système répondant aux deux problèmes exposés précédemment. L'objectif principal est ainsi de proposer un synthétiseur neuronal capable de générer des sons de batteries réalistes et contrôlable par un ensemble de paramètres de timbres prédéfinis, ainsi que de proposer un contrôle de la vélocité de la synthèse. La première étape dans le projet a été de proposer une approche basée sur les dernières avancées techniques au moment de sa conception pour générer des sons de batteries réalistes. A cette méthode de synthèse neuronale, nous avons aussi ajouter des capacités de contrôle du timbre en explorant une voie différente des solutions existantes: l'utilisation de descripteurs différentiables. Pour donner des garanties expérimentales à notre travail, nous avons réalisé des expériences d'évaluation à la fois via des métriques objectives basées sur les statistiques mais aussi des évaluations subjectives et psychoĥysiques sur la qualité perçue et la perception des erreurs de contrôle. Pour proposer un synthétiseur utilisable pour des performances musicales, nous avons aussi ajouter un contrôle de la vélocité. Toujours dans l'idée de poursuivre la réalisation d'un synthétiseur universel et à contrôle universel, nous avons créer ex-nihilo un jeu de données composé de sons de batteries dans le but avoué de créer une base exhaustive des sons accessibles dans l'immense majorité des conditions rencontrées dans le contexte de la production musicale. De ce jeu de données, nous présentons des résultats expérimentaux liés au contrôle de la dynamique, un des aspects phares de la performance musicale mais laissé de côté par la littérature. Pour justifier des capacités offertes par la méthode de synthèse par GANs, nous montrons qu'il est possible de marier les méthodes de synthèse classiques avec la synthèse neuronale en exploitant les limites et particularités des GANs pour obtenir des sons hybrides nouveaux et musicalement intéressants
Audio synthesizers are electronic systems capable of generating artificial sounds under parameters depending on their architecture. Even though multiple evolutions have transformed synthesizers from simple sonic curiosities in the 1960s and earlier to the main instruments in modern musical productions, two major challenges remain; the development of a system of sound synthesis with a parameter set coherent with its perception by a human and the design of a universal synthesis method, able to model any source and provide new original sounds. This thesis studies using and enhancing Generative Adversarial Networks (GAN) to build a system answering the previously-mentioned problems. The main objective is to propose a neural synthesizer capable of generating realistic drum sounds controllable by predefined timbre parameters and hit velocity. The first step in the project was to propose an approach based on the latest technological advances at the time of its conception to generate realistic drum sounds. We added timbre control capabilities to this method by exploring a different way from existing solutions, i.e., differentiable descriptors. To give experimental guarantees to our work, we performed evaluation experiments via objective metrics based on statistics and subjective and psychopĥysical evaluations on perceived quality and perception of control errors. These experiments continued to add velocity control to the timbral control. Still, with the idea of pursuing the realization of a versatile synthesizer with universal control, we have created a dataset ex-nihilo composed of drum sounds to create an exhaustive database of sounds accessible in the vast majority of conditions encountered in the context of music production. From this dataset, we present experimental results related to the control of dynamics, one of the critical aspects of musical performance but left aside by the literature. To justify the capabilities offered by the GANs synthesis method, we show that it is possible to marry classical synthesis methods with neural synthesis by exploiting the limits and particularities of GANs to obtain new and musically interesting hybrid sounds

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Sourice, Julien. "Synthèse de nanocomposites cœur-coquille silicium carbone par pyrolyse laser double étage : application à l’anode de batterie lithium-ion." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112166/document.

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Abstract:

Le remplacement du carbone graphite, matériau commercial dans les batteries au lithium ion, par du silicium est un axe privilégié afin d’augmenter la capacité des anodes au sein de ces accumulateurs. En revanche, le silicium micrométrique souffre de puissants effets de dégradation au cours du cyclage. L’expansion volumique des particules lors de la formation des alliages lithiés et la réduction des électrolytes en contact avec la matière active, sous forme de produits de dégradation appelés SEI, induisent une diminution importante de la durée de vie de ces anodes. La communauté scientifique a donc émis l’idée de stabiliser le silicium en diminuant la taille des particules à l’échelle nanométrique, limitant fortement le risque de pulvérisation. De plus, le contact direct entre la matière active et les solvants peut être très largement diminué via la formation d’une coquille de carbone autour des particules de silicium. La problématique est alors la suivante : obtenir un matériau dit « cœur-coquille » à base de silicium nanométrique enrobé de carbone, à l’aide d’un procédé facilement industrialisable.Le Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA) possède une grande expertise en synthèse de nanomatériaux par pyrolyse laser en phase gaz. Cette méthode de synthèse est souple, possède un rendement de production élevé et offre un contrôle important sur les conditions de réaction. Afin de répondre à la problématique posée, un nouveau réacteur de synthèse à deux étages de réaction a été développé. A l’aide de cette expérience originale, des nanomatériaux à base de silicium cristallin ont été synthétisés, ainsi que leur équivalent enrobé de carbone. Des cœurs de silicium amorphes ont également été enrobé de carbone, permettant l’obtention d’une structure cœur-coquille encore inédite dans la littérature. La microscopie révèle que les matériaux sont sous forme de chainette de particules, une structure obtenue de façon classique par les méthodes de synthèse en phase gaz mais qui se pourrait se révéler bénéfique aux propriétés de conduction électronique et ionique. Les coquilles carbonées caractérisées par spectroscopie Raman révèlent une organisation riche en liaisons sp2 mais peu graphitique. Une étude par spectroscopie des électrons Auger (AES) montre que l’homogénéité de l’enrobage carboné varie selon les matériaux, les plus petits cœurs de silicium bénéficiant d’un meilleur recouvrement. Par diffraction des neutrons, nous avons montré que le silicium amorphe enrobé est très peu sensible à l’oxydation contrairement aux autres matériaux non enrobés.Les matériaux ont été utilisés en tant que matériaux d’anode dans des batteries au lithium métal. Une étude par balayage voltamétrique a montré que les matériaux à base de silicium cristallin nécessitent plusieurs balayages avant d’être lithiés jusqu’au cœur. En revanche, le silicium amorphe enrobé subit une lithiation profonde immédiate, phénomène dont la littérature ne fait pas mention faute de pouvoir obtenir ce composite non oxydée selon les méthodes de synthèses traditionnelles. Une étude par spectroscopie d’impédance électrochimique résolue en potentiel a été réalisée afin de déterminer les mécanismes de dégradation de ces électrodes. Nous avons montré que ce phénomène est principalement entretenu par la dissolution des composés de la SEI lors de la délithiation des matériaux. De plus, l’intensité de ce phénomène de dissolution semble corrélée avec la quantité de surface de silicium potentiellement en contact avec l’électrolyte. Enfin, testés galvanostatiquement, les matériaux enrobés de carbone ont démontré des performances très supérieures au carbone graphite. Au régime élevé de 2C, difficilement accessible au matériau d’anode commerciale, le matériau amorphe enrobé a supporté près de 500 cycles en maintenant une capacité et une efficacité coulombique élevée, supérieure à 800 mAh.g-1 et 99,99%
The replacement of carbon graphite, the commercial anode material in Li-ion batteries, by silicon is one of the most promising strategies to increase the capacity of anode in these devices. However, micrometric silicon suffers from strong degradation effect while cycling. The volume expansion of the lithiated particles and the direct contact between the active material and the solvents induce the continuous formation and pulverization of a solid electrolyte interphase (SEI) leading to the rapid fading of the capacity. Many research groups suggest decreasing the size of the particle to the nanoscale where pulverization of the particles is almost inexistent. Furthermore, the formation of a carbon shell around these silicon nanoparticles is cited as the most efficient way to isolate the material from the direct contact with the solvent. The main issue is to obtain these core shell nanocomposites with a process able to meet industrial requirement.The Nanometric Structure Laboratory (LEDNA) is experimented in the synthesis of nanomaterial thanks to the gas phase laser pyrolysis method. This versatile process is characterized by a high yield of production and permits an efficient control over the reaction parameters. In order to obtain core shell structures, a new reactor has been developed by the combination of two stages of reaction. Thanks to this original setup, crystalline silicon cores covered or not with a carbon shell were achieved in one step for the first time. Likewise, amorphous cores were covered with a carbon shell, leading to the synthesis of a novel nanocomposite. Microscopic study reveals that these materials are obtained in a chain-like structure that can be beneficial to the electronic and ionic conduction properties. The carbonaceous compound were characterized by Raman spectroscopy and appeared to be non-graphitic sp2 rich species known in the literature as basic structural units (BSU). Auger electron spectroscopy study highlights the homogeneity of the carbon covering, in particular over smaller silicon cores. Neutron diffraction showed that the amorphous silicon cores covered with carbon are protected against passive oxidation unlike bare amorphous cores.The nanocomposites were used as anode materials in lithium-metal coin cell configuration. A cyclic voltammetry study highlights that crystalline silicon cores embedded into carbon need many sweeps before their full lithiation whereas amorphous core shell nanocomposites deeply lithiated from the first sweep, a phenomena yet not described in the literature. A potential resolved electronic impedance spectroscopy technic was used to determine the main degradation process of the core shell materials. We showed that the capacity fading can be mainly attributed to SEI dissolution and reformation through cycling, obstructing the porous structure of the electrode and limiting the cyclability. Finally, galvanostatically tested the core-shell nanocomposites reveal enhanced performance compared to graphite carbon. At the high charge/discharge rate of 2C, hardly reachable to the commercial anode material, the amorphous core-shell nanocomposite was cycled up to 500 cycles while maintaining a high capacity of 800 mAh.g-1 and outstanding coulombic efficiency of 99,99 %

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Quesnel, François. "Synthèse de titanates de lithium nanostructurés par plasma inductif pour les batteries lithium-ion." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/8997.

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Abstract:

Le marché des accumulateurs lithium-ion est en expansion. Cette croissance repose partiellement sur la multiplication des niches d’utilisation et l’amélioration constante de leurs performances. En raison de leur durabilité exceptionnelle, de leur faible coût, de leur haute densité de puissance et de leur fiabilité, les anodes basées sur les titanates de lithium, et plus particulièrement le spinelle Li4Ti5O12, présentent une alternative d’intérêt aux matériaux classiques d’anodes en carbone pour de multiples applications. Leur utilisation sous forme de nanomatériaux permet d’augmenter significativement la puissance disponible par unité de poids. Ces nanomatériaux ne sont typiquement pas contraints dans une direction particulière (nanofils, nanoplaquettes), car ces formes impliquent une tension de surface plus importante et requièrent donc généralement un mécanisme de synthèse dédié. Or, ces nanostructures permettent des réductions supplémentaires dans les dimensions caractéristiques de diffusion et de conduction, maximisant ainsi la puissance disponible, tout en affectant les propriétés habituellement intrinsèques des matériaux. Par ailleurs, les réacteurs continus reposant sur la technologie du plasma thermique inductif constituent une voie de synthèse démontrée afin de générer des volumes importants de matériaux nanostructurés. Il s’avère donc pertinent d’évaluer leur potentiel dans la production de titanates de lithium nanostructurés. La pureté des titanates de lithium est difficile à jauger. Les techniques de quantification habituelles reposent sur la fluorescence ou la diffraction en rayons X, auxquelles le lithium élémentaire se prête peu ou pas. Afin de quantifier les nombreuses phases (Li4Ti5O12, Li2Ti3O7, Li2TiO3, TiO2, Li2CO3) identifiées dans les échantillons produits par plasma, un raffinement de Rietveld fut développé et validé. La présence de γ-Li2TiO3 fut identifiée, et la calorimétrie en balayage différentiel fut explorée comme outil permettant d’identifier et de quantifier la présence de β-Li2TiO3. Différentes proportions entre les phases produites et différents types de morphologies furent observés en fonction des conditions d’opération du plasma. Ainsi, des conditions de trempe réductrice et d’ensemencement en Li4Ti5O12 nanométrique semblent favoriser l’émergence de nanomorphologies en nanofils (associés à Li4Ti5O12) et en nanoplaquette (associées à Li2TiO3). De plus, l’ensemencement et les recuits augmentèrent significativement le rendement en la phase spinelle Li4Ti5O12 recherchée. Les recuits sur les poudres synthétisées par plasma indiquèrent que la décomposition du Li2Ti3O7 produit du Li4Ti5O12, du Li2TiO3 et du TiO2 (rutile). Afin d’approfondir l’investigation de ces réactions de décomposition, les paramètres cristallins du Li2Ti3O7 et du γ-Li2TiO3 furent définis à haute température. Des mesures continues en diffraction en rayon X à haute température furent réalisées lors de recuits de poudres synthétisées par plasma, ainsi que sur des mélanges de TiO2 anatase et de Li2CO3. Celles-ci indiquent la production d’un intermédiaire Li2Ti3O7 à partir de l’anatase et du carbonate, sa décomposition en Li4Ti5O12 et TiO2 (rutile) sur toute la plage de température étudiée, et en Li2TiO3 et TiO2 (rutile) à des températures inférieures à 700°C.

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Issa, Sébastien. "Synthèse et caractérisation d'électrolytes solides hybrides pour les batteries au lithium métal." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2022. http://www.theses.fr/2022AIXM0046.

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Abstract:

Les problématiques engendrées par l’extraction et l’utilisation intensives des ressources fossiles ont forcé l’humanité à se tourner vers le développement d’énergies renouvelables et de véhicules électriques. Cependant, ces technologies doivent être couplées à des moyens de stockage de l’énergie efficaces pour exploiter leur potentiel. Les systèmes embarquant une anode de lithium métallique sont particulièrement intéressants car ils présentent une densité d’énergie élevée. Cependant, cette technologie souffre de la formation de dendrites pouvant déclencher des courts-circuits provoquant l’explosion du dispositif. Ainsi, de nombreux efforts ont été consacrés à l’élaboration d’électrolytes solides polymères (SPE) à base de POE permettant de constituer une barrière qui bloque la croissance dendritique tout en préservant les propriétés de conduction ionique. Cependant, la conductivité ionique des SPE à base de POE décroît fortement avec la température. A l’heure actuelle, les meilleurs SPE de la littérature nécessiteraient de fonctionner à 60 °C, ce qui signifie qu’une partie de l’énergie de la batterie sera détournée de son utilisation pour maintenir cette température. Ainsi, l’objectif principal de ce travail de thèse est de concevoir un SPE permettant le fonctionnement de la technologie de batterie au lithium métal à température ambiante. Ces SPE doivent présenter une conductivité ionique élevée à température ambiante (≈ 10-4 S.cm-1) et des propriétés mécaniques permettant l’inhibition du phénomène de croissance dendritique. Pour cela, les objectifs du projet sont focalisés sur le développement de nouveaux SPE nanocomposites et hybrides
The problems caused by the intensive extraction and use of fossil fuels have forced humanity to turn to the development of renewable energies and electric vehicles. However, these technologies need to be coupled with efficient energy storage means to exploit their potential. Lithium metal anode systems are particularly interesting because they have a high energy density. However, this technology suffers from the formation of dendrites that can trigger short circuits causing the device to explode. Thus, many efforts have been devoted to the development of POE-based solid polymer electrolytes (SPEs) that provide a barrier that blocks dendritic growth while preserving ionic conduction properties. However, the ionic conductivity of POE-based SPEs decreases strongly with temperature. Currently, the best SPEs in the literature would require operation at 60 °C, which means that some of the energy in the battery will be diverted from its use to maintain this temperature. Thus, the main objective of this thesis work is to design an SPE that allows the operation of lithium metal battery technology at room temperature. These SPEs must exhibit high ionic conductivity at room temperature (≈ 10-4 S.cm-1) and mechanical properties that allow the inhibition of the dendritic growth phenomenon. For this, the objectives of the project are focused on the development of new nanocomposite and hybrid SPEs

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Messaoudi, Houssam mohammed. "Synthèse et caractérisation de membranes conductrices anioniques pour la protection d'électrode à air dans une batterie Zinc-Air fonctionnant sous air ambiant." Thesis, Cergy-Pontoise, 2016. http://www.theses.fr/2016CERG0864.

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Abstract:

Différentes membranes conductrices anioniques ont été développées pour protéger une électrode à air fonctionnant dans une batterie Zinc-Air alimentée par de l’air ambiant. Dans ces conditions, le dioxyde de carbone contenu dans l’air, en contact avec l’électrolyte basique, se transforme en carbonate de potassium qui précipite dans la structure poreuse de l’électrode. Cela provoque l’augmentation de sa résistance et la perte de son étanchéité, et l’électrode n’est alors stable que 80 heures. L’objectif de cette étude est donc de rendre stable une électrode à air pendant 3000 heures de fonctionnement.Pour cela, différents réseaux (semi-)interpénétrés de polymères ont donc été développés en associant un polyélectrolyte et un réseau partenaire neutre. La polyépichlorhydrine greffée avec du 1,4-diazabicyclo(2,2,2)octane et un polyélectrolyte fluoré ont été choisis comme polymère conducteur anionique. Des réseaux neutres à base de poly(méthacrylate de 2-hydroxyéthyle), d’alcool polyvinylique et de perfluoropolyéther leur ont été, tour à tour, associés. Les propriétés physico-chimiques des différentes membranes développées ont été caractérisées selon leur densité de charges et leur composition. Les membranes présentant les meilleures propriétés requises (conductivité anionique, prise en masse limitée, sélectivité, …) ont ensuite été assemblées sur des électrodes à air dont le potentiel et la stabilité ont été évalués au cours du fonctionnement en demi-cellule. Ainsi, une électrode à air modifiée avec de telles membranes peut présenter un potentiel stable pendant 6800 heures de fonctionnement à -30mA/cm²
Different anionic conducting membranes have been developed to protect an air electrode operating in a Zinc-Air battery fed with ambient air. Under those conditions, carbon dioxide from atmospheric air reacts with the alkaline electrolyte, and is then transformed into potassium carbonate. The precipitate of this carbonate inside the electrode porous structure leads to the increase of the system resistance and the loss of its sealing after 80 h of operation. The objective of this study focuses on the improvement of the stability of an air electrode for 3000 h of operation, by protecting it from carbonation reaction with a polymer membrane.For this, different (semi-)interpenetrating polymer networks have therefore been developed combining a polyelectrolyte and a neutral network partner. Polyepichlorohydrin grafted with 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane and a fluorinated polyelectrolyte were chosen as anionic conductive polymer. Neutral networks based on poly (2-hydroxyethyl methacrylate), polyvinyl alcohol and perfluoropolyether were then, alternately, associated to the polyelectrolyte. The physico-chemical properties of the various developed membranes were characterized according to their charge density and composition. The membranes with the best required properties (anionic conductivity, limited weight uptake, selectivity ...) were then assembled on air electrodes whose potential and stability have been evaluated during the operation in half-cell. Thus, an air electrode modified with such membranes maintains a stable potential during 6800 hours of running at -30mA / cm²

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Godet-Bar, Thibault. "Synthèse et étude physico-chimique de nouveaux matériaux organiques d'électrode positive à base de phénothiazine pour les applications dans les accumulateurs au lithium." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENI022.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer des matériaux organiques rédox à base de phénothiazine pour être utilisés à l’électrode positive des batteries lithium. Les matériaux organiques s’inscrivent en rupture des matériaux inorganiques coûteux et toxiques. Dans ce but, des matériaux rédox contenant l’unité phénothiazine ont été synthétisés, caractérisés. Leurs propriétés électrochimiques ont été analysées par dépôt sur électrode et par microélectrode à cavité, puis les plus prometteurs ont été testés en cellule lithium et sodium. La cible rédox choisie, la phénothiazine, a été polymérisée et substituée à un squelette phosphazène. Les tests en cellules ont mis en évidence la dissolution systématique du matériau et la nécessité d’empêcher ce phénomène rédhibitoire pour l’application batterie. Dans ce but, l’utilisation de polymères insolubles et de copolymères dotés d’une fonction post-réticulable ont permis d’augmenter significativement la cyclabilité et les performances énergétiques des cellules lithium. De plus, l’utilisation du sodium à l’électrode négative et d’anions peu lipophiles ont également permis de limiter cette contribution de dissolution. Une fonctionnalisation du carbone par la phénothiazine a également été investiguée par deux stratégies différentes. Dans les deux cas, un greffage a été réalisé avec succès. Les analyses électrochimiques ont permis de confirmer des propriétés électrochimiques très prometteuses de ces carbones modifiés
The aim of this work is to develop phenothiazine-based redox organic materials for lithium positive electrode. Comparatively to inorganic materials, organic ones can constitute clear break by decreasing the cost, toxicity and security issues while keeping good performances. In that purpose, redox materials involving phenothiazine moieties have been synthesized, characterized, then, their electrochemical properties have been analyzed electrochemically, the most promising ones have been tested in lithium and sodium cells. The redox target chosen, the phenothiazine, has been polymerized and functionalized onto phosphazene backbone. Cell tests showed material dissolution contribution has to be avoided. In this context, insoluble polyphenothiazine and cross-linkable copolymers were able to upgrade significantly the cyclability and the energetic performances of lithium cells. Moreover, sodium cells with a poor lipophilic anion showed lower dissolution contribution. Carbon grafting by phenothiazine has also been investigated. It has been performed by electrochemical and chemical means and has led to promising electrochemical performances

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Kwamou, Kouayep Bertrand Mirador. "Synthèse et caractérisation électrochimique de liquides ioniques à base de phosphonium pour les applications aux batteries au lithium." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/5884.

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Abstract:

Les besoins énergétiques de la population mondiale ne cessent de croître, cette croissance est beaucoup plus attribuée à la venue de nouveaux consommateurs des pays émergents. Les réserves de gisement de pétrole fossile, principale source d’énergie de notre civilisation ne suivant pas la demande, la recherche de nouvelles sources d’énergie ou compléments énergétiques de ceux classiques demeure un challenge important pour l’avenir de notre société. Les batteries au lithium demeurent une réponse dite énergie renouvelable pour la lutte que se livrent les pays du globe pour limiter l’échéance de la fin des énergies nécessaires à la survie de notre système économique. Cette batterie offre des performances énergétiques plus grandes que celle alcaline par exemple. Ce travail s’inscrit dans la lignée de l’amélioration continue de la technologie des batteries lithium- ion. Cette amélioration passe par l’optimisation des différentes composantes des piles au lithium comme les électrodes (anode et cathode) et les électrolytes (solvants et ion principal à base de lithium). Ainsi, ce travail comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons investigué de nouveaux solvants dits liquides ioniques à base de phosphonium, ces solvants étant tous des précurseurs respectifs de tri-n-buthylphosphine et tri-n-éthylphosphine (TBPhexTFSI, TBPmetTFSI, TBPhoxTFSI, TBPmetOetTFSI, TEPhexTFSI et TEPhoxTFSI, voir la liste des abréviations). Le choix de ces liquides ioniques à base de phosphonium a été fait dans l’optique de la recherche de ceux ayant les meilleures propriétés chimico-physiques et électrochimiques. De ce fait, les mesures de ces propriétés physico-chimiques comme leur conductivité, viscosité, stabilité thermique ont été effectuées. La supériorité des liquides à base de phosphonium ayant des cations à chaîne oxygénée sur ceux non oxygénées a été démontrée. La conductivité du TBPhoxTFSI respectivement supérieure à celle du TBPhexTFSI et la viscosité de TBPhoxTFSI est inférieure à celle du TBPhexTFSI). Cette étude a aussi démontré l’importance d’avoir des liquides ioniques de phosphonium à cation asymétrique de petite dimension pour bénéficier des meilleures propriétés chimico-physiques, notamment les conductivités des TEPhexTFSI et TEPhoxTFSI étant meilleures que celle du TBPhexTFSI et TBPhoxTFSI. Les études électrochimiques, notamment la voltampérométrie cyclique à balayage, ont permis d’étudier les fenêtres de potentiel électrochimique de certains de ces liquides ioniques. Il a été démontré que les liquides ioniques ayant un cation à chaîne carbonylée asymétrique courte et non oxygénée ont des fenêtres de potentiel électrochimique plus large (respectivement 5 et 5,5V pour le TBPmetTFSI et TEPhexTFSI). Notre étude s’est basée seulement sur deux liquides ioniques ayant pour précurseur la tri-n-buthylphosphine : le TBPmetTFSI et le TBPhoxTFSI. Le choix de ces deux liquides ioniques de phosphonium découle aussi des études effectuées sur leurs propriétés chimico-physiques intéressantes. Dans l’amélioration des composantes des batteries lithium-ion, la recherche des meilleures électrodes demeure aussi un enjeu stratégique important dans cette technologie. Les cathodes à plus grande capacité énergétique sont dans cette logique. Les cathodes des piles rechargeables au lithium sont composées de matériaux du type oxydes mixtes des métaux de transition. Un des facteurs importants du choix de ces matériaux est la diffusion rapide du lithium dans leur structure interne c’est-à-dire la vitesse des réactions d’intercalations et de désintercalations des ions de lithium pendant le fonctionnement de ces types de piles. Les matériaux dits à structure cristalline olivine type LiFePO[indice inférieur 4] ont eu une grande percée il y a environ 10 ans. De nos jours ils sont encore présents, mais de façon améliorée par l’ajout des additifs de carbone généralement dans un pourcentage de 7 à 10% en poids et prennent le nom de LiFePO[indice inférieur 4]/C. Nous avons ainsi réussi à synthétiser par approche sol-gel le LiFePO[indice inférieur 4]/C ; ce matériau a ensuite été caractérisé par diffraction à rayon-X, par microscope électronique à balayage (MEB) et comparé à ce matériau de LiFePO[indice inférieur 4] commercial de la compagnie MTI Corporation. Deux conditions expérimentales ont été utilisées pour les caractérisations électrochimiques de ces cathodes de LiFePO[indice inférieur 4] commercial et LiFePO[indice inférieur 4]/C, soit dans les électrolytes classiques 1M LiPF[indice inférieur 6]–EC-DMC (3/7 vol) et dans les électrolytes mixtes 1M LiPF[indice inférieur 6]–EC-DMC (3/7 vol.) + x TBPmetTFSI ou TBPhoxTFSI. Les voltampérogrammes cycliques obtenus dans ces conditions classiques et mixtes ont démontré que les liquides ioniques TBPmetTFSI et TBPhoxTFSI pouvaient être utilisés comme additifs aux solvants classiques jusqu’à des concentrations de 50% en volume de ceux classiques comme EC-DMC (3/7 vol.) tout en favorisant les processus d’intercalation et dedésintercalation du lithium durant le cycle de fonctionnement des batteries lithium-ion. La quasi-réversibilité des pics redox dans ces proportions des liquides ioniques est un indice de bon fonctionnement des batteries lithium-ion avec des électrolytes mixtes composés de solvants classiques et de liquides ioniques à base de phosphonium.

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Leclere, Mélody. "Synthèse de (poly)électrolytes pour accumulateur Li-ion à haute densité d'énergie." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI001/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur le développement nouveaux électrolytes sans recours aux solvants conventionnels inflammables afin de répondre à la problématique de sécurité des batteries. La première partie de ce travail vise à développer des électrolytes gélifiés à partir de liquide ionique phosphonium. Une étude est réalisée sur la compatibilité entre l'électrolyte et le polymère hôte époxy/amine ainsi que de l'influence du LI sur la polymérisation du réseau. Les propriétés thermiques, viscoélastiques et de transport ionique des gels sont discutées. Parmi les électrolytes gélifiés obtenus, le gel contenant l'électrolyte (1 M LiTFSI + LI [P66614][TFSI]) a montré des propriétés électrochimiques intéressantes. Un système gélifié Li|LFP a été mis en œuvre et une bonne stabilité en cyclage à 100 °C a été obtenue. La deuxième partie de ce travail consiste au développement de nouveaux électrolytes mésomorphes favorisant un transport d’ions lithium par saut. Un composé anionique a été synthétisé à partir d’une réaction époxy/amine entre le 4-amino-1-naphtalènesulfonate de lithium et un diglycidylether aliphatique. Différentes techniques de caractérisation ont été utilisées afin d’établir un lien structure/propriétés. Les résultats ont permis de mettre en évidence une organisation supramoléculaire lamellaire permettant d’obtenir des canaux de conduction d’ions lithium. Les mesures de transport ionique ont permis de mettre en évidence un transport d'ions lithium suivant une loi d'Arrhenius (indépendant du squelette moléculaire) ce qui est la preuve d'un mécanisme de transport d'ions lithium par saut. Les premiers tests électrochimiques ont révélé une bonne stabilité de ces électrolytes vis à vis du lithium et un transport d’ions lithium réversible dans une cellule symétrique Li|Li. A l'issue de ces travaux, les perspectives sont discutées afin d'améliorer les performances de ces électrolytes
The thesis work presented in this manuscript focuses on the development of new electrolytes without the use of flammable conventional solvents to improve the security problem batteries. The first part of this work is the preparation of gelled electrolytes from phosphonium ionic liquid. A study is performed on the compatibility between the electrolyte and the polymer host epoxy / amine as well as the influence of the polymerization LI on the network. The thermal properties, and ionic transport viscoelastic gels are discussed. Among the obtained gelled electrolyte, the gel containing the electrolyte (1 M LiTFSI + LI [P66614] [TFSI]) showed interesting electrochemical properties. A gelled system Li | LFP has been implemented and good cycling stability at 100 ° C was obtained. The second part of this work is the development of new liquid crystal electrolytes promotes transport of lithium ions with hopping mechanism. An anionic compound was synthesized from reaction of an epoxy / amine from lithium 4-amino-1-naphthalenesulfonate and an aliphatic diglycidyl ether. Various characterization technical were used to establish a link structure / properties. The results allowed to show a lamellar supramolecular organization to obtain lithium ion conduction channels. The ion transport measurement helped to highlight a transport of lithium ions following an Arrhenius law (independent of the molecular backbone) which is evidence of a transport mechanism of lithium ions with hopping mechanism. The first electrochemical tests showed good stability of these electrolytes with lithium electrode and a reversible lithium ion transport in a symmetrical cell Li | Li. Following this work, the prospects are discussed to improve the performance of these electrolytes

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Nemaga, Abirdu woreka. "Synthèse par électrodépôt en milieu liquide ionique de nanostructures de Si/TiO2, Al/TiO2 et Si-Al/TiO2 nanotubes pour électrode négative de batterie Li-ion." Thesis, Reims, 2019. http://www.theses.fr/2019REIMS004.

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Abstract:

Parmi les différents systèmes de stockage d’énergie électrique étudiés depuis plus de 2 siècles, le stockage électrochimique de type batterie Li-Ion est vraisemblablement le plus pertinent et le plus efficace. Des verrous demeurent cependant pour avoir des batteries Li-Ion répondants aux besoins actuels, et une des limitations provient des matériaux d’électrodes. Le silicium est un candidat de choix pour répondre aux problématiques batteries posées, cependant sa tenue au cyclage est courte et les méthodes de synthèse sont souvent très contraignantes. Associant deux laboratoires de recherche acteurs majeurs dans le domaines des nanosciences (le LRN à l’URCA) et des matériaux et batteries (le LRCS à l’UPJV) le projet pluridisciplinaire NanoSiBL d’une durée de 36 mois se fixe pour objectif d’apporter des solutions aux deux points précédents par : 1, la réalisation d’électrodes négatives en Silicium par une voie de synthèse bas coût originale et innovante développée au LRN (l’électrodépôt en milieu liquide ionique), 2 un accroissement de la durée de vie de l’électrode grâce à deux types de structuration (soit une électrode constituée de nanofils/nanotubes de Si monolithique soit une électrode nanostructurée composite de Si/TiO2). L’expertise dans le domaine des batteries du LRCS devrait permettre sur ce deuxième point de déterminer la géométrie et configuration idéale de l’électrode en termes de performance. Basé des méthodes d’élaboration par électrochimie bas coût et originale, NanoSiBL a pour objectif, grâce au partage de compétences et de technologie entre physiciens et chimistes impliqués, d’initier une nouvelle thématique inter-établissement axée sur la valorisation de nanostructures de silicium et silicium composite nanostructuré. L’intérêt scientifique de ce projet réside dans la mise en œuvre et le contrôle des propriétés intrinsèques de ces nanostructures à base de silicium pour la réalisation d’électrodes négatives performantes de batterie Li-Ion. Dans la littérature, les électrodes négatives à base silicium ou silicium composite (type Si/TiO2) ont déjà démontré une amélioration par rapport aux électrodes de silicium massif. Néanmoins, le passage à des dispositifs opérationnels reste peu fréquent car les voies permettant de contenir l’expansion en volume du silicium restent à éprouver et car les méthodes utilisées pour élaborer ces nanofils de silicium (Chemical Vapor Deposition, évaporation réactive…) restent très contraignantes, tant au niveau des conditions de croissance (nécessité d’utiliser des précurseurs métalliques et des gaz très toxiques) que des coûts de fabrication (travail sous ultra-vide, nombreuses étapes pour la réalisation des dispositifs avec la nécessité de réaliser des contacts post-croissance…). NanoSiBL propose donc une alternative en réelle rupture technologique avec les méthodes de synthèse actuelles. Les techniques de croissance (électrodépôt en liquide ionique) et de nanostructuration (au sein de membranes polycarbonates ou nanotubes de TiO2) utilisées dans le projet permettront la mise au point d’électrodes à bas coût performantes pour l’application batterie Li-Ion visée. En outre la variété conséquente de géométries possibles proposées par les membranes nanoporeuses qui seront utilisées dans le projet (polycarbonate ou nanotubes de TiO2) permettra d’établir un comparatif essentiel de l’impact de la nanostructuration ou encore de la composition des électrodes pour contenir l’expansion en volume du silicium lors du cyclage et ainsi améliorer la durée de vie de telles électrodes (batterie)
Among the various electric energy storage systems studied for more than two centuries, the electrochemical storage battery type Li-Ion is probably the most relevant and most effective. however locks remain for Li-Ion batteries respondents to current needs, and limitations comes from the electrode materials. Silicon is a prime candidate to meet the challenges posed batteries, however its resistance to cycling is short and synthesis methods are often very restrictive. Combining two research laboratories major players in the fields of nanoscience (the LRN to URCA) and materials and batteries (the LRCS to UPJV) the multidisciplinary project NanoSiBL a period of 36 months set the objective of provide solutions to the above two points: 1, the realization of negative electrodes in silicon by a synthetic route down original and innovative cost developed LRN (electrodeposition in ionic liquid medium), 2 increased lifetime of the electrode through two types of structuring (or one electrode made of nanowires / nanotubes Si monolithic or a composite nanostructured electrode Si / TiO2). The expertise in the field of LRCS of batteries should allow this second point to determine the geometry and ideal configuration of the electrode in terms of performance. Based methods developed by electrochemistry low cost and original NanoSiBL aims, through the sharing of expertise and technology between physicists and chemists involved, to initiate an inter-establishment new theme focused on valuation and silicon nanostructures composite nanostructured silicon. The scientific interest of this project lies in the implementation and control of the intrinsic properties of these nanostructures based on silicon for making efficient negative electrodes of Li-Ion battery. In the literature, the negative electrodes based on silicon or silicon composite (type Si / TiO2) have already demonstrated improvement compared to bulk silicon electrodes. However, the transition to operational devices remains uncommon for ways to contain the expansion in volume of the silicon are experiencing and because the methods used to develop these silicon nanowires (chemical vapor deposition, reactive evaporation ...) remain very restrictive both in terms of growth conditions (the need to use metal precursors and highly toxic gases) that manufacturing costs (labor UHV, many steps for the realization of devices with the need for contacts post- growth…). NanoSiBL proposes an alternative in real technological break with the current methods of synthesis. growth techniques (electrodeposition in ionic liquid) and nanostructuring (in polycarbonates or TiO2 nanotube membranes) used in the project will enable the development of electrodes at low cost efficient for application referred Li-Ion battery. Furthermore the consequent variety of possible geometries offered by the nanoporous membranes to be used in the project (polycarbonate or TiO2 nanotubes) will establish a critical comparison of the impact of the nanostructure or composition of electrodes to contain expansion by volume of the silicon during the cycling and improve the life of such electrodes (battery)

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Grigas, Anett. "Solvothermale und mikrowellenunterstützte Synthesen von Zeolithen und Kathodenmaterialien." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-96999.

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Abstract:

Die wachsende Weltbevölkerung und die stetigen Entwicklungen in der Industrie benötigen einerseits immer größere Mengen an Grundchemikalien und führen andererseits zu einem ständig steigenden Energiebedarf. Die Dissertation behandelt daher die Themen Zeolithe und Kathodenmaterialien, welche zwei aktuelle Forschungsschwerpunkte der chemischen Industrie darstellen. Der Fokus der Arbeit lag in der Steuerung der Partikelgröße durch die hydrothermale und mikrowellenunterstützte Kristallisation.

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Depardieu, Martin. "Chimie intégrative pour la synthèse de matériaux fonctionnels avancés." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0316/document.

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Abstract:

Une porosité hiérarchisée au sein de mousses solides permet la combinaison des avantages offerts par différentes échelles de structuration : les macropores offrent un grand volume poreux et une diffusion facilitée des réactifs, tandis que mésopores et micropores permettent confinement et grande surface spécifique. La chimie intégrative, en associant la matière molle et la chimie douce, dispose d’une variété de voies de synthèse pour obtenir de tels matériaux. Nous avons ainsi utilisé des émulsions et des tensioactifs comme empreintes pour la chimie sol-gel afin d’obtenir des mousses de silice présentant une porosité hiérarchisée. Elles ont ensuite été employées comme empreintes dures pour synthétiser des mousses de carbone, utilisées comme électrodes de batteries lithium-soufre présentant de grandes capacités. Nous avons ensuite étudié l’effet sur leurs performances de nanoparticules métalliques. Ces mousses ont également été testées pour le stockage de l’hydrogène, et nous avons montré un cyclage avec LiBH4 en présence de nanoparticules métalliques. Enfin, les mousses de silices ont été étudiées en tant que support pour la croissance bactérienne. En effet, lorsque des bactéries croissent dans un milieu confiné, leur cinétique de croissance et leur concentration finale peuvent être totalement différentes de ce qui est observé dans des cultures classiques, ce qui a un grand intérêt dans des domaines comme la biocatalyse
Hierarchical porosity in solid foams allows the combination of the advantages offered by the different scales of structuration : macropores allow high porous volume and easy diffusion of reagents, while mesopores and micropores allow confinement and high specific surface areas. Integrative chemistry, associating soft matter and soft chemistry, offers a variety of synthetic pathways to generate such materials. We used emulsions and surfactants to template sol-gel chemistry in order to obtain silica foams bearing hierarchical porosity. These silica foams were employed as hard templates to synthesize carbon foams, used as electrodes in lithium-sulfur batteries bearing high capacities. We then explored the impact on performances of loading them with metallic nanoparticles. We also studied the potential of those carbon foams for hydrogen storage, and we obtained cycling capabilities with LiBH4 after loading them with metallic nanoparticles. Finally, the silica foams were used as a support for bacterial growth. Indeed, when bacteria grow in a confined medium, the kinetics of growth and their final concentration can be totally different than what is observed in classical cultures, which is of high interest for applications such as biocatalysis

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Aimable, Anne. "Synthèse hydrothermale en continu et en conditions supercritiques du matériau d’électrode positive des batteries Li-ion LiFePO4 : du matériau au procédé." Dijon, 2007. http://www.theses.fr/2007DIJOS070.

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Abstract:

LiFePO4 est considéré comme le matériau phare pour remplacer les matériaux actuels d’électrode positive des batteries Li-ion, depuis les travaux pionniers de Goodenough en 1997. Dans cette étude, une voie de synthèse nouvelle est proposée, via un dispositif de synthèse hydrothermale en continu étendue au domaine supercritique, développé dans l’équipe MaNaPI depuis 2001. Dans la première partie du travail, les conditions de synthèse optimales sont déterminées par un plan d’expériences, afin d’obtenir une poudre pure et cristallisée en une seule étape, présentant des tailles de grains nanométriques, et des performances électrochimiques intéressantes. La capacité maximale obtenue est de l’ordre de 75 mAh. G−1, ce qui est comparable aux performances du matériau obtenu par d’autres voies sans carbone (performances maximales théoriques 170 mAh. G−1). Des caractérisations plus fines ont montré que cette capacité limitée pouvait être expliquée par une mauvaise maîtrise de l’agglomération, et une formulation mal adaptée de l’électrode, qui limite la part active du matériau. La deuxième partie de cette thèse engage une approche nouvelle pour la compréhension de la synthèse, basée sur le “Génie des Procédés”. L’objectif est, à terme, de mieux maîtriser les différentes étapes de la réaction, que sont la germination, la croissance et l’agglomération. Dans un premier temps, le dispositif est étudié en terme de transferts thermiques, et certains éléments sont modifiés pour améliorer son fonctionnement. Puis, la CFD est introduite pour modéliser les échanges thermiques et le comportement hydrodynamique des réactifs en conditions supercritiques dans le bloc mélangeur
LiFePO4 appears as the best candidate in order to be used as a positive electrode material for lithium batteries, especially since the pionnering works of Goodenough in 1997. In this study, the continuous hydrothermal synthesis of LiFePO4 in supercritical water was investigated. The first approach was based on an experimental design, in order to determine optimal conditions leading to a pure and crystalline material, with nanometric grain sizes, and interesting electrochemical properties. The higher capacity obtained is 75 mAh. G−1, which was also obtained from materials synthesized by other ways without any carbon, but below the expected value of 170 mAh. G−1. These low performances were explained by a large agglomeration, and a non optimized formulation of the electrode. In the second part of this study, a novel approach was engaged, based on an engineering aspect. The objective was to control the different steps of the synthesis : germination, growth and agglomeration. At first, heat transfer were studied inside the apparatus, and some changes were brought to improve its running. Then, CFD calculations were performed in the mixing device to model heat transfer and reactive flows in supercritical conditions

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Gle, David. "Synthèse de copolymères à architectures complexes à base de POE utilisés en tant qu'électrolytes polymères solides pour une application dans les batteries lithium métal-polymère." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4761/document.

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Abstract:

Dans le contexte d'un développement durable, les véhicules électriques apparaissent comme une solution incontournable dans le futur. Parmi les dernières évolutions sur les batteries, les systèmes constitués d'une électrode au lithium (technologie lithium métal) présente des performances remarquables en termes de densité d'énergie. L'inconvénient majeur de cette méthodologie est lié à la formation de dendrites lors de la recharge susceptibles d'occasionner des courts-circuits conduisant à l'explosion de la batterie. C'est dans cet axe que s'inscrit mon sujet de thèse dont l'objectif est de développer un électrolyte polymère solide présentant une conductivité ionique élevée (2.10-4 S.cm-1 à40°C) et une tenue mécanique suffisante (30 MPa) pour limiter les phénomènes de croissance dendritique. Pour cela, la polymérisation contrôlée par les nitroxydes (NMP) a été utilisée pour synthétiser des copolymères à blocs avec un bloc possédant des groupes d'oxyde d'éthylène –CH2-CH2-O- permettant la conduction des ions lithium et un bloc de polystyrène assurant la tenue mécanique de l'électrolyte final. Le bloc assurant la conduction ionique des architectures ainsi synthétisées sont constituées soit de POE sous forme linéaire soit de POE sous forme de peigne
In the context of sustainable development, electric vehicles appear to be a major solution for the future. Among the lastest technologies, the Lithium Metal Polymer battery has presented very interesting performances in terms of energy density. The main drawback of this system is the formation of lithium dendrites during the refill of the battery that could cause short circuits leading to the explosion of the battery. The aim of my PhD is to develop a Solid Polymer Electrolyte showing a high ionic conductivity (2.10-4 S.cm-1 at 40°C) and a high mechanical strength (30 MPa) to prevent dendritic growth. For that purpose, Nitroxide Mediated Polymerization is used to synthesize block copolymers with a PEO moiety for ionic conduction –CH2-CH2-O- and polystyrene for mechanical strength. Different kind of architectures have been synthesized : block copolymer with linear PEO moiety or with grafted PEO moiety

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Gle, David. "Synthèse de copolymères à architectures complexes à base de POE utilisés en tant qu'électrolytes polymères solides pour une application dans les batteries lithium métal-polymère." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4761.

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Abstract:

Dans le contexte d'un développement durable, les véhicules électriques apparaissent comme une solution incontournable dans le futur. Parmi les dernières évolutions sur les batteries, les systèmes constitués d'une électrode au lithium (technologie lithium métal) présente des performances remarquables en termes de densité d'énergie. L'inconvénient majeur de cette méthodologie est lié à la formation de dendrites lors de la recharge susceptibles d'occasionner des courts-circuits conduisant à l'explosion de la batterie. C'est dans cet axe que s'inscrit mon sujet de thèse dont l'objectif est de développer un électrolyte polymère solide présentant une conductivité ionique élevée (2.10-4 S.cm-1 à40°C) et une tenue mécanique suffisante (30 MPa) pour limiter les phénomènes de croissance dendritique. Pour cela, la polymérisation contrôlée par les nitroxydes (NMP) a été utilisée pour synthétiser des copolymères à blocs avec un bloc possédant des groupes d'oxyde d'éthylène –CH2-CH2-O- permettant la conduction des ions lithium et un bloc de polystyrène assurant la tenue mécanique de l'électrolyte final. Le bloc assurant la conduction ionique des architectures ainsi synthétisées sont constituées soit de POE sous forme linéaire soit de POE sous forme de peigne
In the context of sustainable development, electric vehicles appear to be a major solution for the future. Among the lastest technologies, the Lithium Metal Polymer battery has presented very interesting performances in terms of energy density. The main drawback of this system is the formation of lithium dendrites during the refill of the battery that could cause short circuits leading to the explosion of the battery. The aim of my PhD is to develop a Solid Polymer Electrolyte showing a high ionic conductivity (2.10-4 S.cm-1 at 40°C) and a high mechanical strength (30 MPa) to prevent dendritic growth. For that purpose, Nitroxide Mediated Polymerization is used to synthesize block copolymers with a PEO moiety for ionic conduction –CH2-CH2-O- and polystyrene for mechanical strength. Different kind of architectures have been synthesized : block copolymer with linear PEO moiety or with grafted PEO moiety

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Recham, Nadir. "Synthèse, structure et propriétés électrochimiques de nouveaux matériaux pour batteries à ions lithium." Amiens, 2010. http://www.theses.fr/2010AMIE0111.

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Abstract:

Cette thèse concerne la préparation de nouveaux matériaux d’électrodes pour batteries à ions lithium via des procédés de synthèse éco-efficaces. Elle décrit tout d’abord l’élaboration des poudres de LiFePO4 selon un nouveau procédé de synthèse reposant sur l’utilisation des bases latentes; procédé qui est ensuite généralisé à la préparation d’autres matériaux d’électrodes tels LiMPO4; Li2FeSiO4 ou Na2FePO4F. Ces mêmes matériaux sont ensuite préparés par une nouvelle stratégie de synthèse bien particulière centrée sur l’utilisation de liquides ioniques. Il s’agit de la synthèse ionothermale jusque-là peu explorée en synthèse inorganique. Cette nouvelle voie de synthèse, grâce au double rôle de solvant et d’agent structurant du liquide ionique, nous a permis de préparer non seulement des poudres à texture et morphologie contrôlées de matériaux d’électrodes déjà connus mais aussi de découvrir, en la famille des fluorosulfates LiMSO4F, une nouvelle classe de composés d’insertion. L’un d’entre eux, LiFeSO4F, qui rassemble un potentiel de 3,6 V vs. Li, une capacité de 151mAh/g ainsi qu’une bonne conduction ionique se positionne comme un concurrent direct à LiFePO4 qui est aujourd’hui le matériau d’électrode le plus prisé. Bien que moins intéressant électrochimiquement, l’approche ionothermale a été généralisée à la formation des composés AMSO4F (A=Li/Na, M=Mn/Co/Ni) jamais rapportés jusque là. Cette thèse se conclut enfin par la synthèse de nouveaux complexes de bore capables de solubiliser des fluorures (LiF, NaF) ou d’agir comme agent de véhicule du fluor afin d’obtenir, via une réaction d’échange, le composé FeOF lamellaire jusque-là connu seulement sous sa forme rutile
The subject of this thesis is the preparation of new electrode materials for Li ion batteries via eco-efficient syntheses processes. It first reports the making of LiFePO4 powders according to a new synthesis process using latent bases; this process is later generalized to the preparation of other electrode materials such as LiMPO4 (M=Mn, Ni, Co), Li2FeSiO4 or Na2MnPO4F. These materials are then prepared via a new specific synthesis strategy centered on the use of ionic liquids. This is an ionothermal synthesis, hardly explored in inorganic chemistry until now. This new synthesis method, due to its dual role of solvent and structuring agent of the ionic liquid, enabled us to not only prepare powders with controlled morphology and texture from already known materials, but also to discover a new class of insertion compounds namely the family of fluorosulfates LiMSO4F. One of them, LiFeSO4F, has a potential of 3. 6V vs. Li, a capacity of 151mAh/g and a good ionic conductivity, and is a direct opponent to LiFePO4 which is today the most praised electrode material. Although less interesting from an electronic point of view, the ionothermal approach has been generalized to the formation of AMSO4F (A=Li, Na, M=Mn, Co and Ni) compounds, never reported until now. The last point of this thesis is the synthesis of new boron complexes able to solubilize fluorides with high reticular energy (LiF, NaF), or to act as a fluoride carrier in order to obtain, via an exchange reaction, the lamellar compound FeOF, which was only known in its rutile form until now

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Grothe, Dorian C. "Entwicklung und Synthese von Materialien für Polyelektrolytmembranen mit ionischen Flüssigkeiten zum Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien." Phd thesis, Universität Potsdam, 2012. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2013/6369/.

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Abstract:

Für den Einsatz in Autobatterien gibt es besondere Anforderungen an den Elektrolyten im Bereich der Energie- und Leistungsdichten, um beispielsweise thermische Verluste gering zu halten. Hochleitfähige Elektrolyte mit Leitfähigkeiten im Millisiemensbereich sind hier ebenso notwendig wie auch sichere, d.h. möglichst nicht brennbare und einen niedrigen Dampfdruck besitzende Materialien. Um diese Vorgaben zu erreichen, ist es notwendig, einen polymeren Separator zu entwickeln, welcher auf brennbare organische Lösungsmittel verzichtet und damit eine drastische Steigerung der Sicherheit gewährleistet. Gleichzeitig müssen hierbei die Leistungsvorgaben bezüglich der Leitfähigkeit erfüllt werden. Zu diesem Zweck wurde ein Konzept basierend auf der Kombination von einer polymeren sauerstoffreichen Matrix und einer ionischen Flüssigkeit entwickelt und verifiziert. Dabei wurden folgende Erkenntnisse gewonnen: 1. Es wurden neuartige diacrylierte sauerstoffreiche Matrixkomponenten mit vielen Carbonylfunktionen, für eine gute Lithiumleitfähigkeit, synthetisiert. 2. Es wurden mehrere neue ionische Flüssigkeiten sowohl auf Imidazolbasis als auch auf Ammoniumbasis synthetisiert und charakterisiert. 3. Die Einflüsse der Kationenstruktur und der Einfluss der Gegenionen im Bezug auf Schmelzpunkte und Leitfähigkeiten wurden untersucht. 4. Aus den entwickelten Materialien wurden Blendsysteme hergestellt und mittels Impedanzspektrometrie untersucht: Leitfähigkeiten von 10-4S/cm bei Raumtemperatur sind realisierbar. 5. Die Blendsysteme wurden auf ihre thermische Stabilität hin untersucht: Stabilitäten bis 250°C sind erreichbar. Dabei wird keine kristalline Struktur beobachtet.
Within the field of energy storage and charge transfer, the lithium polymer batteries are one of the leading technologies, due to their low manufacture cost and their possible variety of packaging shapes. Despite their good thermal stability and very good weight to energy ratio, lithium ion batteries use as a electrolyte system a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate as solvent which have a high risk of deflagration when they come in contact with water. Thus the developement of new materials for lithium-ion-batteries are necessary. For the electrolyte there are special requirements in terms of energy- and power density e.g. in order to minimize thermal loss. High conductivity electrolytes with conductivities in the range of milisiemens are as essential as safe materials, like non flammable non-volatile materials. To fulfill these requirements it is important to develop a polymeric lithium ion conductor, which is free of flammable organic solvents in order to ensure safety. Simultaneously it is also ,mandatory to achieve high performances in terms of ion-conductivity. Therefore a concept based on a combination of an oxygen rich polymeric matrix and ionic liquids was developed and verified. Following results were achieved . 1. Synthesis of new diacryalted oxygen rich matrix components with many carbonylfunctions for a good lithium ion transport. 2. Synthesis and characterization of new ionic liquids based on imidazol or ammonium compounds. 3. Investigation of the influences of the cation structure and counter ions for melting points and ion conductivity. 4. Creation of Blendsystems with the developed materials 5. Thermal investigations of these solid-state-electrolytes with DSC and TGA measurements, resulting in thermal stabilities up to 250°C.No crystallization were observed. 6. investigation of these solid-state-electrolytes via AC-impedance spectrometry, resulting in conductivities of 10-4S/cm at room temperature.

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Mercier, Cédric. "Matériaux d’électrodes négatives graphite-étain pour accumulateur Li-ion : synthèse, caractérisation et propriétés électrochimiques." Thesis, Nancy 1, 2008. http://www.theses.fr/2008NAN10068/document.

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Abstract:

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux anodiques à forte capacité pour accumulateurs à ion lithium. Il y est décrit, la synthèse de systèmes graphite-étain obtenus par réduction, en présence de graphite à des taux variables, des chlorures d’étain SnCl2 et SnCl4, par les hydrures alcalins NaH et LiH activés par un alcoolate. Les nanomatériaux préparés présentent des capacités réversibles stables en cyclage, assez proches de celles calculées à partir des teneurs en métal déterminées par analyse élémentaire. Cependant, on peut noter des différences importantes entre les valeurs et l’évolution en cyclage des capacités irréversibles selon l’hydrure ou le mélange d’hydrure utilisé(s). Avec l’hydrure de sodium NaH, la capacité irréversible, très élevée au premier cycle, s’annule pratiquement dès le deuxième cycle ; avec l’hydrure de lithium LiH, cette capacité irréversible, bien que plus faible au premier cycle, donne une valeur résiduelle récurrente aux cycles suivants. Il a finalement été montré que l’utilisation du mélange des deux hydrures NaH/LiH permet de préserver les avantages des deux systèmes précédents et d’obtenir des matériaux combinant de manière synergique leurs propriétés
This study is devoted to the development of new anodic materials with high capacities for lithium-ion batteries. The synthesis of graphite-tin systems obtained by reduction, in the presence of graphite at various rates, of the tin Chlorides SnCl2 and SnCl4, by the alkoxide-activated alkaline hydrides ( sodium hydride or lithium hydride) is described. The nanomaterials prepared have stable reversible capacities in cycling, close to those calculated from the amounts of metal given by elemental analysis. However, important differences between the values and the evolution in cycling of the irreversible capacities depending on the hydride or the mixture of hydride used were observed. With sodium hydride, the irreversible capacity, very high during the first cycle, is practically cancelled at the second cycle; with lithium hydride, this irreversible capacity, although lower to the first cycle, gives a recurring residual value at the following cycles. The use of the NaH/LiH allowed to preserve the advantages of the two preceding systems and to synergistically combine their properties

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Schley, Bernd [Verfasser], and Rolf [Akademischer Betreuer] Hempelmann. "Synthese und Charakterisierung von Elektrokatalysatoren für die Zink-Luft-Batterie sowie die Modifikation von Elektrodenoberflächen / Bernd Schley ; Betreuer: Rolf Hempelmann." Saarbrücken : Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek, 2019. http://d-nb.info/1199933082/34.

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Schley, Bernd Verfasser], and Rolf [Akademischer Betreuer] [Hempelmann. "Synthese und Charakterisierung von Elektrokatalysatoren für die Zink-Luft-Batterie sowie die Modifikation von Elektrodenoberflächen / Bernd Schley ; Betreuer: Rolf Hempelmann." Saarbrücken : Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek, 2019. http://d-nb.info/1199933082/34.

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Marx, Nicolas. "Synthèse et caractérisation de nouveaux phosphates utilisés comme matériaux d'électrode positive pour batteries au lithium." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00582969.

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Abstract:

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d'électrodes positives pour batteries au lithium. Nos recherches se sont principalement orientées vers les matériaux de type phosphates de métaux de transition, et notamment vers la famille des tavorites de composition (Li,H)FePO4(OH), qui présente une structure tridimensionnelle comportant plusieurs types de tunnels propices à l'insertion d'ions lithium. La structure du matériau LiFePO4(OH) a ainsi été parfaitement résolue, de même que celle du matériau FePO4.H2O, qui est un nouveau phosphate de fer (III) découvert au cours de ces travaux. Ces deux matériaux, ainsi que ceux obtenus par traitement thermique de la phase FePO4.H2O, ont été caractérisés à l'aide de différentes techniques d'analyse physico-chimiques. Leur comportement électrochimique vis-à-vis de l'intercalation / désintercalation du lithium a été étudié, ainsi que les mécanismes redox et structuraux associés mis en jeu.

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Marx, Nicolas. "Synthèse et caractérisation de nouveaux phosphates utilisés comme matériaux d’électrode positive pour batteries au lithium." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14194/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour batteries au lithium. Nos recherches se sont principalement orientées vers les matériaux de type phosphates de métaux de transition, et notamment vers la famille des tavorites de composition (Li,H)FePO4(OH), qui présente une structure tridimensionnelle comportant plusieurs types de tunnels propices à l’insertion d’ions lithium. La structure du matériau LiFePO4(OH) a ainsi été parfaitement résolue, de même que celle du matériau FePO4.H2O, qui est un nouveau phosphate de fer (III) découvert au cours de ces travaux. Ces deux matériaux, ainsi que ceux obtenus par traitement thermique de la phase FePO4.H2O, ont été caractérisés à l’aide de différentes techniques d’analyse physico-chimiques. Leur comportement électrochimique vis-à-vis de l’intercalation / désintercalation du lithium a été étudié, ainsi que les mécanismes redox et structuraux associés mis en jeu
This work deals with the synthesis and characterization of new positive electrode materials for lithium batteries. Our researches were mainly focused on phosphates of transition metals, and especially on the tavorite-type materials of composition (H,Li)FePO4(OH). Their structure is characterized by a three-dimensional network with different types of tunnels, which can host inserted lithium ions. In this context, LiFePO4(OH) structure was perfectly solved, as well as that of FePO4.H2O, which is a new iron (III) phosphate discovered during this work. These two materials, together with those obtained by heat-treatment of FePO4.H2O, were characterized using different analytical techniques. Their electrochemical behavior toward intercalation / deintercalation of lithium was also studied, as well as the structural and redox processes involved

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Toulgoat, Fabien. "Synthèse de nouveaux anions organiques fluorés, électrolytes pour batteries au lithium et piles à combustible." Lyon 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LYO10002.

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Abstract:

Une nouvelle synthèse de fluorures de sulfonyle fluorés, intermédiaires communs aux sulfonates, sulfonamidures et sulfonimidures, a été mise au point. Celle-ci est basée sur l’utilisation de silanes comme précurseurs de sulfinates, ce qui permet de réaliser l’ensemble des étapes « one pot ». De plus, les fluorures de sulfonyle peuvent être obtenus par fluoration électrophile des sulfinates correspondants. L’hydrolyse des fluorures de sulfonyle conduit à la formation des sulfonates de lithium. Pour la préparation des sulfonimides, l’utilisation de la benzylamine, meilleure nucléophile que CF3SO2NH2, permet de réaliser des réactions de couplage efficaces avec les fluorures de sulfonyle. Par la suite, le groupe benzyle, groupe protecteur, est facilement éliminé par réaction dans l’éthanol sans hydrogène ni métal. La synthèse des sulfonamides à partir des sulfinamides constitue une alternative au couplage direct entre les fluorures de sulfonyle et les amines
A new synthesis of sulfonyl fluorides, key intermediates of sulfonates, sulfonamides and sulfonimides, was developed. This method, based on the use of silanes as precursors of sulfinates, allows us to carry out “one pot” transformations. Furthermore, sulfonyl fluorides can be obtained from the corresponding sulfinates by electrophilic fluorination. Then, sulfonyl fluorides hydrolysis affords sulfonates. Reactions of sulfonyl fluorides with benzylamine prove to be more efficient than CF3SO2NH2. Finally, the benzyl group is cleaved very easily by reaction with ethanol without any hydrogen or metal. By this method, a series of sulfonimides were synthesised. As an alternative to the reaction between sulfonyl fluorides and amines, sulfonamides can be prepared from sulfinamides

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Cazayus-Claverie, Emmanuelle. "Matériaux pour les batteries Li-AIR : nouvelles approches vers des nano-hétérostructures spinelles/graphène pour électrode à air." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066508/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse et la caractérisation de nanoparticules d’oxyde spinelle à base de cobalt, déposée à la surface de feuillets d’oxyde de graphène réduit. Ces nanocomposites ont pour but de servir de catalyseurs bifonctionnels intégrés à l’électrode à air des batteries lithium-air. La particularité des synthèses présentées repose sur le chauffage micro-onde des précurseurs en milieu aqueux entre 100 et 200 °C. Cette approche originale de chimie douce permet en outre la création de l’interface entre les nanoparticules d’oxyde et les feuillets de graphène directement pendant la synthèse des particules, au lieu de nécessiter une étape supplémentaire de greffage. L’oxyde de cobalt Co3O4 a servi de matériau modèle pour optimiser les différents paramètres de synthèse puis le protocole a été adapté à une série d’oxydes binaires en substituant une partie des atomes de cobalt par du nickel, du manganèse ou encore du fer. La co-précipitation des cations de métaux de transition au sein d’une même phase a été rendue possible grâce à la compréhension des diagrammes de Pourbaix pour ajuster les conditions redox et acido-basiques.Enfin, les propriétés électrocatalytiques des catalyseurs composites vis-à-vis des deux réactions inverses d’ORR et OER ont été testées. L’écart entre les potentiels d’OER et ORR a été diminué de manière significative grâce à la présence des nanoparticules de Co3O4 sur feuillets d’oxyde de graphène réduit, montrant ainsi la réversibilité du catalyseur.Des caractérisations structurales et morphologiques qui ont permis d’établir certains liens entre synthèse, nanostructure et activité électrocatalytique complètent ce travail
This research work is focused on the design and characterisation of cobalt based oxides nanospinels anchored onto the surface of reduced graphene oxides (RGO) nanosheet, which will serve as bifunctional catalysts for the new generation lithium-air batteries. Whereas nanospinels are relatively simple to synthesize by conventional colloidal routes as nanoparticles dispersed into an aqueous solution, the synthesis we developed relies on a hydrothermal microwave treatment in the 100°C-200°C range. The main challenges of this nano-heterostructures synthesis was to create the interface between the nanoparticles and the RGO directly during the nanoparticles nucleation. RGO are very efficient microwave absorbers and could then convert microwave irradiation into heat in order to trigger precipitation of the spinel at the surface of the RGO sheet.Starting from Co3O4 as proof-of-concept material, the synthesis protocol has been successfully adapted to address binary oxides by substituting cobalt with first row transition metals such as nickel, manganese or iron. The precipitation of binary and ternary oxides was achievable thanks to a good understanding of the Pourbaix diagrams of all cations to adjust the acido-basic and redox conditions.Finally, the electrocatalytic activity of these supported spinel oxides was measured for both the oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR and OER). The gap between the ORR and the OER potentials was significantly lowered by the presence of Co3O4 nanoparticles on the RGO, thus assuring the reversibility of this catalytic system, which is to be integrated in future scale-up test

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Zhang, Xiaoyu. "Synthèse et Caractérisation des Composés Lamellaires LiNixMnyCo1-x-yO2 comme Matériaux Positives pour Batteries Li-ion." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066554.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est d'établir une relation entre structure, morphologie, les propriétés magnétiques et électrochimiques des composés LiNixMnyCo1-x-yO2. La présente thèse est organisée en six chapitres: Chapitre 1 présente l'état de l'art pour LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, en représentant ses propriétés générales. Les propriétés magnétiques de différents composés lamellaires ont également été revues. Chapitre 2 présente différentes méthodes de caractérisation utilisées dans ce travail. Chapitre 3 est consacré à l'étude des propriétés magnétiques et structurales relatifs des composés LiNiyMnyCo1-2yO2, qui ont été synthétisés par voie chimie douce en utilisant différentes acides carboxyliques comme agent polymérique. Chapitre 4 montre l'étude de LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 synthétisés par voie chimie douce assistée par l'acide succinique et l'acide tartrique avec différents valeurs de R (R=acide/métal). Caractérisations structurales, magnétiques et de charge-décharge montrent que les profils physiques et électrochimiques sont sensibles à la valeur R. Chapitre 5 montre l’étude de Li composés riches Li1+x(Ni1/3Mn1/3Co1/3)1-xO2 synthétisés par co-précipitation. Un mélange de cations en dessous de 2% peut être considéré comme le seuil pour lesquels la performance électrochimique ne change pas. En outre, il est très sensible à l'humidité. Chapitre 6 fait l’étude des propriétés structurals, morphologiques, textruals, magnétiques des LiNixMnyCo1-x-yO2 (333, 442, 532) synthétisés par co-précipitation. Les échantillons 333 et 442 qui ont moins de mélange de cations et de plus l'intégrité structurale, montrent de meilleure performance électrochimique que l'échantillon 532.

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Rondeau-Gagné, Simon. "Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux de type n pour applications en dispositifs photovoltaïques." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27138/27138.pdf.

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Fang, Runhe. "Effect of composition and morphology on the electrochemical performance of Na3V2(PO4)2F3/Na3V2(PO4)2FO2." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2022SORUS001.pdf.

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Abstract:

Dans le système de batterie à ions sodium (SIB), l'électrode positive joue un rôle important. Bien que plus faibles que les matériaux d'oxyde lamellaire sous certains aspects, comme la conductivité électrique, les matériaux polyanioniques sont devenus l'une des deux principales catégories de matériaux d'électrode positive grâce à leur excellente stabilité électrochimique et leur tension de fonctionnement élevée. La famille Na3V2(PO4)2F3-yOy (0 ≤ y ≤ 2) est notamment la plus remarquable en termes de performances électrochimiques. Cependant, les performances électrochimiques sont limitées en raison de la conductivité électronique plutôt faible induite par les unités de vanadium bi-octaèdre isolées au sein de la structure. De nombreuses études ont été menées pour améliorer les propriétés électrochimiques du Na3V2(PO4)2F3-yOy au moyen d'un revêtement de carbone et d'une morphologie spéciale, etc. Cependant, des améliorations inconscientes dans de multiples aspects peuvent conduire à négliger la compréhension d'un élément spécifique modifié, en raison de l'amélioration finale des performances électrochimiques. Par conséquent, cette thèse de doctorat consiste à bien contrôler toutes les variétés et à comparer l'impact de la morphologie et de la composition de Na3V2(PO4)2F3-yOy afin d'améliorer ses performances électrochimiques finales dans une perspective plus fondamentale. Ainsi, ce travail est composé des parties suivantes sous forme d'articles déposés. Dans le premier chapitre, qui constitue un état de l'art, le contexte du développement des batteries et en particulier des SIBs sera brièvement présenté. Les matériaux communs pour chaque partie différente de SIBs seront décrits plus en détail. Ensuite, l'attention sera portée sur le Na3V2(PO4)2F3-yOy et l'état actuel de ses recherches sera présenté en détail en termes de structure cristalline et de synthèse, etc. Ensuite, dans le deuxième chapitre, une série de synthèses légèrement ajustées avec les mêmes précurseurs a été réalisée pour obtenir des particules de Na3V2(PO4)2F3-yOy de différentes morphologies et de composition similaire, puis pour étudier l'effet des morphologies sur les performances de stockage d'énergie. Dans le chapitre III, à partir de la morphologie la plus performante trouvée dans le deuxième chapitre, l'effet de la teneur en oxygène sur les propriétés de transport et la performance électrochimique dans Na3V2(PO4)2F3-yOy (différents pourcentages de substitution de O2-) a été étudié, tout en gardant les morphologies inchangées. Dans le chapitre IV, les Na3V2(PO4)2FO2 trouvés dans le chapitre III ont été comparés avec ceux synthétisés par différentes méthodes avec la même composition de particules mais des morphologies et une fonctionnalisation de surface totalement différentes afin de mieux comprendre l'impact de la morphologie et du revêtement de surface sur la capacité de stockage d'énergie.Enfin, le solvant eutectique profond, un type de liquide ionique, a été utilisé comme nouveau moyen de synthèse pour atteindre une morphologie totalement nouvelle et spéciale qui n'avait pas été signalée auparavant et une nouvelle approche pour fabriquer un revêtement de carbone. En général, les différentes morphologies et compositions de Na3V2(PO4)2F3-yOy sont obtenues séparément en contrôlant et en affinant une série de méthodes de synthèse. Leurs influences sur l'électrochimie finale du matériau ont également été étudiées séparément. Ces études contribuent à la compréhension de ce matériau d'un point de vue fondamental, facilitant ainsi son optimisation ultérieure
In the sodium ion battery system, the positive electrode plays an important role. Although weaker than layered oxide materials in some aspects, such as electrical conductivity, polyanionic materials have become one of the two main categories of positive electrode materials with their excellent electrochemical stability and high operating voltage. Na3V2(PO4)2F3-yOy (0≤y≤2) family is especially the most outstanding in terms of electrochemical performance. However, the electrochemical performance is limited because of the rather poor electronic conductivity induced by the isolated vanadium bi-octahedra units within the structure. There have been many studies to improve the electrochemical properties of Na3V2(PO4)2F3-yOy by means of carbon coating and special morphology etc. However, unconscious improvements in multiple aspects can lead to neglected further understanding of one specific changed element, due to the ultimately electrochemical performance enhancements. Therefore, this PhD thesis is consistent of well controlling all the varieties and comparing the morphology and composition impact of Na3V2(PO4)2F3-yOy without any carbon coating in order to improve its final electrochemical performance through a more fundamental perspective. Thus, this work is composed of the next parts under the form of deposited articles. In the first chapter, which is a state of the art, the background of the development of batteries and especially the sodium ion batteries will be briefly introduced. The common materials for each different part of the sodium ion battery will be further described. Next, attention will be focused on Na3V2(PO4)2F3-yOy and show the current status of its research in detail in terms of crystal structure and synthesis, etc. Then in the second chapter, a series of slightly tuned synthesis with the same precursors were carried out to obtain the Na3V2(PO4)2F3-yOy particles with different morphologies and similar composition and then investigate the effect of morphologies on energy storage performance. In the subsequent chapter III, from one most performant morphology found in the second chapter, the effect of the oxygen content on transport properties and electrochemical performance within Na3V2(PO4)2F3-yOy (different O2- substitution percent) were investigated, while keeping the morphologies unchanged. In the next chapter IV, the Na3V2(PO4)2FO2 found in chapter III with those synthesized through different methods with the same particle composition but totally different morphologies and surface functionalization were compared to further understand the morphology and surface coating impact on the energy storage capacity. At last, deep eutectic solvent, one kind of ionic liquid, was used as a new synthesis medium to reach a totally new and special morphology does not reported before and a new approach to make a carbon coating. In general, the different morphologies and compositions of Na3V2(PO4)2F3-yOy are obtained separately by controlling and refining a series of synthesis methods. Their influences on the final electrochemistry of the material have also been investigated separately. These studies contribute to the understanding of this material from a fundamental point of view, thus facilitating further optimization

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Koç, Tuncay. "In search of the best solid electrolyte-layered oxide pair in all-solid-state batteries." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS535.

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Abstract:

Les batteries à l'état solide (ASSB) qui reposent sur l'utilisation d'électrolytes solides (SE) à conductivité ionique élevée sont le Saint-Graal de la future technologie des batteries, car elles pourraient théoriquement permettre une augmentation de près de 70 et 40 % des densités d'énergie volumétrique (Wh/l) et gravimétrique (Wh/kg), respectivement, ainsi qu'une sécurité accrue par rapport à la technologie des batteries au lithium-ion. À cette fin, la dernière décennie a vu le développement des ASSB, principalement grâce à des SE à base de sulfure, en raison de leurs propriétés intrinsèques favorables. Toutefois, ces progrès n'ont pas permis de mettre au point des ASSB pratiques et performants en raison des réactions complexes de décomposition interfaciale qui se produisent aux électrodes négative et positive et qui entraînent une détérioration de la durée de vie des cycles. En se concentrant sur l'électrode positive, cela nécessite une meilleure compréhension de la compatibilité électrochimique/chimique des SE qui est cruellement nécessaire pour les applications du monde réel.Ce travail vise à fournir des réponses concernant la meilleure paire d'oxyde en couche SE dans la cathode composite pour les ASSB. En menant une étude systématique sur l'effet de la nature des SE sur les performances des batteries, nous montrons que les performances de Li6PS5Cl rivalisent avec celles de Li3InCl6, surpassant toutes deux celles de β-Li3PS4 et ce, indépendamment de la voie de synthèse. Ces performances sont préservées lors de l'assemblage de piles à l'état solide, puisque l'appariement de Li6PS5Cl avec une cathode en oxyde stratifié présente la meilleure rétention en cas de cyclage. Cette étude révèle également que les halogénures réagissent avec les sulfures dans les cellules hétérostructurées, ce qui entraîne une diminution rapide de la capacité en cas de cyclage en raison de réactions de décomposition interfaciales. Pour éliminer ce processus de dégradation interfaciale, nous proposons une stratégie d'ingénierie de surface qui permet d'atténuer la détérioration de la surface et de débloquer des ASSB très performants. Enfin, l'analyse électrochimique, structurelle et spectroscopique combinée démontre que Li3InCl6 ne peut pas résister à des potentiels d'oxydation plus élevés, ce qui entraîne des produits de décomposition contrairement à ce que les calculs théoriques prévoyaient
All-solid-state batteries (ASSBs) that rely on the use of solid electrolytes (SEs) with high ionic conductivity are the holy grail for future battery technology, since it could theoretically enable achieving nearly 70 and 40 % increase in volumetric (Wh/l) and gravimetric (Wh/kg) energy densities, respectively, as well as enhanced safety compared to lithium-ion battery technology. To this end, the last decade has witnessed the development of ASSBs mainly through sulfide-based SEs pertaining to their favorable intrinsic properties. However, such advancements were not straightforward to unlock high-performing practical ASSBs because of complex interfacial decomposition reactions taking place at both negative and positive electrodes, leading to a worsening cycling life. Focusing on the positive electrode, this calls for a better understanding of electrochemical/chemical compatibility of SEs that is sorely needed for real-world applications.This work aims to provide answers regarding the best SE-layered oxide pair in composite cathode for ASSBs. By conducting a systematic study on the effect of nature of SEs in battery performances, we show that Li6PS5Cl performances rival that of Li3InCl6, both outperforming β-Li3PS4 and this, independently of the synthesis route. This is preserved when assembling solid-state cells since Li6PS5Cl pairing with layered oxide cathode shows the best retention upon cycling. This study also unravels that halides react with sulfides in hetero-structured cell design, hence resulting in a rapid capacity decay upon cycling stemming from interfacial decomposition reactions. To eliminate such interfacial degradation process, we suggest a surface engineering strategy that helps to alleviate the surface deterioration, unlocking highly performing ASSBs. Eventually, combined electrochemical, structural and spectroscopic analysis demonstrate that Li3InCl6 cannot withstand at higher oxidation potentials, resulting in decomposition products in contrast to what the theoretical calculations predicted

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Portehault, David. "Synthèse par chimie douce en milieu aqueux d'oxydes de manganèse nano-structurés : des matériaux pour batteries au lithium ?" Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00812589.

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Abstract:

La précipitation en milieu aqueux d'(oxyhydr)oxydes de manganèse nano-structurés et électroactifs vis-à-vis du lithium a été étudiée. L'influence de différents paramètres expérimentaux (acidité, conditions rédox, contre-cation, température et durée d'évolution) a pu être rationalisée afin de proposer des mécanismes de transformation de phase ainsi que des diagrammes de spéciation pour la synthèse sélective de différents allotropes. Dans le cadre de l'étude des phénomènes de croissance des nanoparticules, des mécanismes d'agrégation ont été mis en évidence et des protocoles ont été développés afin de contrôler ces processus ainsi que la taille des particules. Différentes voies de synthèse de matériaux " hiérarchiques " ont alors été abordées. Les phénomènes de nucléation hétérogène, d'hétéroépitaxie en solution, et d'attachement orienté permettent ainsi d'élaborer des architectures complexes. Enfin, l'influence de la structure des composés, de la taille des nanoparticules, et de la texture du matériau sur le comportement électrochimiques au sein d'électrodes positives de batteries au lithium a été étudiée.

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Ferrand, Adèle. "Synthèse et caractérisation de copolymères à blocs anioniques utilisés en tant qu'électrolyte solide pour les batteries au lithium métallique." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0131.

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Abstract:

L'élaboration de batteries performantes dans le but de promouvoir l’utilisation de véhicules électriques fait partie des stratégies majeures de développement durable. Les batteries constituées d’une électrode de lithium métallique semblent parmi les plus prometteuses. Cependant, cette technologie pose des problèmes de sécurité due à la croissance de dendrites. Afin de supprimer ce phénomène, des travaux sont consacrés à l’élaboration d’électrolytes polymères solides (SPE) combinant une conductivité ionique élevée et des propriétés mécaniques suffisantes pour empêcher cette croissance dendritique. Une des stratégies pour obtenir des SPE présentant l’ensemble des propriétés recherchées est l’élaboration de copolymères à blocs. Ainsi, un bloc POE assurant la conductivité ionique est combiné avec d’autres polymères aux propriétés mécaniques adaptées. À l’heure actuelle, quelques matériaux pourraient répondre à l’ensemble de ces critères, mais seulement à 80°C. L’objectif de cette thèse est de mettre au point un matériau avec de bonnes performances en termes de conductivité ionique et de tenue mécanique à 40 °C. Notre stratégie consiste à diminuer la cristallinité et la température de fusion du POE afin d’optimiser la conductivité à basse température. Plusieurs séries de copolymères à blocs à base de divers POE linéaires et de polymères anioniques ont été synthétisées par NMP. Les copolymères à blocs constitués d’un polycondensat de POE (Tf < 40°C) révèlent une conductivité ionique relativement élevée (1,3×10-6 S.cm-1) à 40°C couplée à une grande rigidité mécanique (Ey=50MPa). Ce nouveau matériau apparaît donc comme un SPE prometteur pour les batteries au lithium métallique
The elaboration of efficient batteries to promote the use of electric vehicles is a matter of primary importance for sustainable long-term development. Lithium-Metal Batteries (LMB) are among the most promising. However, such technology presents several safety issues due to dendritic growth. To overcome these drawbacks, studies are performed on solid polymer electrolytes (SPE) that combine both high conductivity and suitable mechanical properties to prevent the dendritic growth. One of the strategies to obtain a SPE displaying all the desired properties is the elaboration of block copolymers. Like so, a PEO bloc with high ionic conductivity is combined with suitable mechanical properties of another polymer. Currently, many materials could meet the different requirements, but only at 80°C. The aim of this thesis is to develop a polymer material offering good performances in terms of ionic conductivity and mechanical rigidity at 40 °C in order to limit the energy loss. Our strategy consists in reducing the crystallinity and the melting temperature of PEO to optimize its conductivity at low temperature. In order to do so, several block copolymer sets constituted of various linear PEO and anionic polymers have been synthesized by NMP. Interestingly, the block copolymers containing PEO with a low degree of crystallinity, due to the limitation of chain stereoregularity, display low melting temperatures (Tf < 40°C). Moreover, the one made of polycondensats of PEO exhibits a relatively high ionic conductivity (1.3×10-6 S.cm-1) at 40 °C while displaying strong mechanical properties (Ey=50MPa). This new material seems to be a promising SPE for LMB

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Ferrand, Adèle. "Synthèse et caractérisation de copolymères à blocs anioniques utilisés en tant qu'électrolyte solide pour les batteries au lithium métallique." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0131.

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Abstract:

L'élaboration de batteries performantes dans le but de promouvoir l’utilisation de véhicules électriques fait partie des stratégies majeures de développement durable. Les batteries constituées d’une électrode de lithium métallique semblent parmi les plus prometteuses. Cependant, cette technologie pose des problèmes de sécurité due à la croissance de dendrites. Afin de supprimer ce phénomène, des travaux sont consacrés à l’élaboration d’électrolytes polymères solides (SPE) combinant une conductivité ionique élevée et des propriétés mécaniques suffisantes pour empêcher cette croissance dendritique. Une des stratégies pour obtenir des SPE présentant l’ensemble des propriétés recherchées est l’élaboration de copolymères à blocs. Ainsi, un bloc POE assurant la conductivité ionique est combiné avec d’autres polymères aux propriétés mécaniques adaptées. À l’heure actuelle, quelques matériaux pourraient répondre à l’ensemble de ces critères, mais seulement à 80°C. L’objectif de cette thèse est de mettre au point un matériau avec de bonnes performances en termes de conductivité ionique et de tenue mécanique à 40 °C. Notre stratégie consiste à diminuer la cristallinité et la température de fusion du POE afin d’optimiser la conductivité à basse température. Plusieurs séries de copolymères à blocs à base de divers POE linéaires et de polymères anioniques ont été synthétisées par NMP. Les copolymères à blocs constitués d’un polycondensat de POE (Tf < 40°C) révèlent une conductivité ionique relativement élevée (1,3×10-6 S.cm-1) à 40°C couplée à une grande rigidité mécanique (Ey=50MPa). Ce nouveau matériau apparaît donc comme un SPE prometteur pour les batteries au lithium métallique
The elaboration of efficient batteries to promote the use of electric vehicles is a matter of primary importance for sustainable long-term development. Lithium-Metal Batteries (LMB) are among the most promising. However, such technology presents several safety issues due to dendritic growth. To overcome these drawbacks, studies are performed on solid polymer electrolytes (SPE) that combine both high conductivity and suitable mechanical properties to prevent the dendritic growth. One of the strategies to obtain a SPE displaying all the desired properties is the elaboration of block copolymers. Like so, a PEO bloc with high ionic conductivity is combined with suitable mechanical properties of another polymer. Currently, many materials could meet the different requirements, but only at 80°C. The aim of this thesis is to develop a polymer material offering good performances in terms of ionic conductivity and mechanical rigidity at 40 °C in order to limit the energy loss. Our strategy consists in reducing the crystallinity and the melting temperature of PEO to optimize its conductivity at low temperature. In order to do so, several block copolymer sets constituted of various linear PEO and anionic polymers have been synthesized by NMP. Interestingly, the block copolymers containing PEO with a low degree of crystallinity, due to the limitation of chain stereoregularity, display low melting temperatures (Tf < 40°C). Moreover, the one made of polycondensats of PEO exhibits a relatively high ionic conductivity (1.3×10-6 S.cm-1) at 40 °C while displaying strong mechanical properties (Ey=50MPa). This new material seems to be a promising SPE for LMB

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Cazayus-Claverie, Emmanuelle. "Matériaux pour les batteries Li-AIR : nouvelles approches vers des nano-hétérostructures spinelles/graphène pour électrode à air." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2017PA066508.pdf.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse et la caractérisation de nanoparticules d’oxyde spinelle à base de cobalt, déposée à la surface de feuillets d’oxyde de graphène réduit. Ces nanocomposites ont pour but de servir de catalyseurs bifonctionnels intégrés à l’électrode à air des batteries lithium-air. La particularité des synthèses présentées repose sur le chauffage micro-onde des précurseurs en milieu aqueux entre 100 et 200 °C. Cette approche originale de chimie douce permet en outre la création de l’interface entre les nanoparticules d’oxyde et les feuillets de graphène directement pendant la synthèse des particules, au lieu de nécessiter une étape supplémentaire de greffage. L’oxyde de cobalt Co3O4 a servi de matériau modèle pour optimiser les différents paramètres de synthèse puis le protocole a été adapté à une série d’oxydes binaires en substituant une partie des atomes de cobalt par du nickel, du manganèse ou encore du fer. La co-précipitation des cations de métaux de transition au sein d’une même phase a été rendue possible grâce à la compréhension des diagrammes de Pourbaix pour ajuster les conditions redox et acido-basiques.Enfin, les propriétés électrocatalytiques des catalyseurs composites vis-à-vis des deux réactions inverses d’ORR et OER ont été testées. L’écart entre les potentiels d’OER et ORR a été diminué de manière significative grâce à la présence des nanoparticules de Co3O4 sur feuillets d’oxyde de graphène réduit, montrant ainsi la réversibilité du catalyseur.Des caractérisations structurales et morphologiques qui ont permis d’établir certains liens entre synthèse, nanostructure et activité électrocatalytique complètent ce travail
This research work is focused on the design and characterisation of cobalt based oxides nanospinels anchored onto the surface of reduced graphene oxides (RGO) nanosheet, which will serve as bifunctional catalysts for the new generation lithium-air batteries. Whereas nanospinels are relatively simple to synthesize by conventional colloidal routes as nanoparticles dispersed into an aqueous solution, the synthesis we developed relies on a hydrothermal microwave treatment in the 100°C-200°C range. The main challenges of this nano-heterostructures synthesis was to create the interface between the nanoparticles and the RGO directly during the nanoparticles nucleation. RGO are very efficient microwave absorbers and could then convert microwave irradiation into heat in order to trigger precipitation of the spinel at the surface of the RGO sheet.Starting from Co3O4 as proof-of-concept material, the synthesis protocol has been successfully adapted to address binary oxides by substituting cobalt with first row transition metals such as nickel, manganese or iron. The precipitation of binary and ternary oxides was achievable thanks to a good understanding of the Pourbaix diagrams of all cations to adjust the acido-basic and redox conditions.Finally, the electrocatalytic activity of these supported spinel oxides was measured for both the oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR and OER). The gap between the ORR and the OER potentials was significantly lowered by the presence of Co3O4 nanoparticles on the RGO, thus assuring the reversibility of this catalytic system, which is to be integrated in future scale-up test

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Lancel, Gilles. "Synthèse et caractérisation de membranes hybrides pour la conduction des ions lithium, et application dans les batteries lithium-air à électrolyte aqueux." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066011/document.

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Abstract:

La technologie lithium-air à électrolyte aqueux pourrait révolutionner le stockage de l'énergie, mais la protection du lithium métallique par une vitrocéramique conductrice du lithium reste une limitation importante. Cela rend le système plus fragile, limite sa cyclabilité et augmente la chute ohmique. L'objectif de ce travail a été de remplacer cette vitrocéramique par une membrane hybride réalisée par extrusion électro assistée ou electrospinning, qui combine des propriétés d'étanchéité à l'eau, de flexibilité et de conductivité du lithium. La conductivité ionique est apportée par la partie céramique, pour laquelle les matériaux Li1,4Al0,4Ti1,6(PO4)3 (LATP) et Li0,33La0,57TiO3 (LLTO) ont été étudiés. L'étanchéité est assurée par un polymère fluoré. Différentes voies de synthèse des poudres ont été étudiées et comparées en termes de pureté, de microstructure, de surface spécifique et de propriétés électrochimiques. En particulier, des particules de LATP sub-microniques ont été obtenues pour la première fois par chauffage micro-onde, en des temps aussi courts que 2 min. Des membranes ont ensuite été réalisées à partir de suspensions. Dans une seconde approche, un réseau de nanofibres interconnectées et conductrices du lithium a été réalisé par couplage entre la chimie sol-gel et le procédé d'electrospinning. L'imprégnation de ce réseau donne une membrane hybride flexible, conductrice du lithium et étanche à l'eau. Un renforcement mécanique par les fibres inorganiques est observé. Cette approche a été appliquée aux deux matériaux LATP et LLTO. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives pour les batteries lithium-air, lithium soufre et lithium-ion
Aqueous lithium-air batteries could be a revolution in energy storage, but the main limitation is the use of a thick glass-ceramic lithium ionic conductor to isolate the metallic lithium from the aqueous electrolyte. This makes the system more fragile, limits its cyclability and increases ohmic resistance. The aim of this work is to replace the glass-ceramic by a hybrid membrane made by electrospinning, which combines water tightness, flexibility and lithium-ions conductivity. The ionic conductivity is provided by a nanostructured solid electrolyte ceramic: both Li1,4Al0,4Ti1,6(PO4)3 (LATP) and Li0,33La0,57TiO3 (LLTO) were studied. The water tightness is ensured by a fluorinated polymer. Different powders synthesis methods are reported and compared in terms of purity, microstructure, specific surface area and electrochemical properties. Especially, the LATP microwave-assisted synthesis is reported for the first time. Sub-micrometric LATP particles were obtained in times as short as 2 min. The fabrication of hybrid membranes from suspension is then reported. In a second approach, the coupling between sol-gel chemistry and electrospinning made possible the fabrication of a self-standing lithium-conducting network, made of interconnected crystalline nanofibers. After an impregnation step, a flexible, lithium-conducting and watertight hybrid membrane is obtained. A mechanical reinforcement is observed, which is attributed to the inorganic nanofibers. This approach is exposed for both LATP and LLTO solid electrolytes. This work opens new prospects in lithium-air, lithium-sulfur and lithium-ion batteries

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Ati, Mohamed. "Synthèse, structures et propriétés des composés LiMSO4F (M = métal 3d) en tant que matériaux d'électrode positive pour batteries à ions Li." Amiens, 2013. http://www.theses.fr/2013AMIE0118.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'élaboration de nouveaux composés fluorosulfates de formule générale LiMSO4F (M = métal 3d) en tant que matériaux d'électrodes positives pour les batteries au lithium via des procédures éco-efficaces. Parmi d'autres, LiFeSO4F a paru comme un candidat sérieux en tant que matériau d'électrode positive pour les batteries à ions Li. Ainsi, nous nous sommes d'abord intéressés à l'optimisation de sa synthèse en employant trois méthodes de synthèses différentes, à savoir la méthode ionothermale, la méthode solvothermale en employant des polymères et des polyols, et la méthode tout-solide (T ≤ 300°C). Les études structurales et électrochimiques de ce matériau ont révélé qu'il possède des propriétés électrochimiques et structurales attractives pour l'application batteries à ions Li. Par la suite, l'extension de nos recherches aux autres membres de cette famille à base des autres métaux 3d tels que le Co, Ni, Mn, et Zn nous a permis de découvrir la richesse de cette famille. En effet, nous avons observé que le composé LiMnSO4F cristallise dans la structure triplite et LiZnSO4F cristallise dans la structure sillimanite, complètement différentes de la structure tavorite de LiFeSO4F. Cette découverte nous a incité à étudier les propriétés structurales et électrochimiques des solutions solides LiMyFe1-ySO4F (M = Mn, Zn) afin d'avoir une meilleure compréhension de leurs propriétés. À la surprise générale, les phases solutions solides de structure triplite ont présenté un potentiel redox de l'ordre de 3,9 V vs. Li quel que soit l'élément de substitution et sa concentration ; il s'agit, en fait, du potentiel redox le plus élevé jamais rapporté pour le couple Fe3+/Fe2+ dans un composé inorganique. Par ailleurs, en jouant sur les conditions de la synthèse, nous avons réussi à préparer le composé LiFeSO4F dans la structure triplite. Ce dernier possède, lui aussi, un potentiel redox de 3,9 V vs. Li avec une bonne réversibilité associée à l'extraction/insertion du lithium et une bonne stabilité structurale au long de cyclage. Pour terminer, nous avons pu également synthétiser un nouveau composé fluorosulfate non lithié (FeSO4F1-yOHy) en utilisant la méthode de synthèse tout-solide. Ce matériau présente des propriétés structurales et électrochimiques intéressantes en tant que matériau d'électrode positive pour les batteries métal polymère. Son potentiel redox moyen est compris entre 3,2 et 3,58 V vs. Li, en fonction de la teneur en OH. Ce matériau a montré une bonne faculté d'extraire/insérer du lithium d'une manière réversible au cours de cyclage
This thesis has focused on the synthesis and characterization of new fluorosulfates compounds, namely LiMSO4F (M = 3d metals) as a new electrode materials for LIBs through different sustainable synthetic approaches. Among them, LiFeSO4F appears as a serious candidate for positive electrodes. Therefore, we tried, first, to obtain it using different synthesis methods (ionothermal, solvothermale, and solid-state process). Our structural and electrochemical investigations show its nice stability over cycling with attractive performances (3. 6 V vs. Li; Qth = 151 mAh/g). Afterward, our investigations of the other members of this family using other 3d metals (Co, Ni, Mn and Zn) revealed that both LiMnSO4F and LiZnSO4F crystallize in two differents structures namely triplite and sillimanite, respectively. Hence our motivation to study the solid solutions of LiMyFe1-ySO4F based on Mn and Zn. Surprisingly, the LiMyFe1-ySO4F (M = Mn, Zn) triplite type structure show a higher redox potential compare to the two others polymorphs (tavorite and sillimanite) in the range of 3. 9 V vs. Li. To our knowledge, this is the highest redox potential reported for Fe3+/Fe2+, so far. Moreover, these solid solutions powders show a nice stability over cycling with nominal capacities close to the theoretical ones. Thereafter, we prepared LiFeSO4F in the triplite type structure without adding Mn or Zn. The latter shows good electrochemical performances with nice structural stability during cycling. At last, we investigated a non lithied hydoryfluorosulfate compound (FeSO4F1-yOHy) as a new positive electrode material for lithium metal polymer batteries. This material was prepared using a solid-state process at 290°C and the electrochemical measurements show that it has nice performances with a redox potential located between 3. 2 and 3. 58 V vs. Li, as function of the amount of OH in the structure

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Sun, Meiling. "Elaboration of novel sulfate based positive electrode materials for Li-ion batteries." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066686/document.

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Abstract:

Le besoin croissant de batteries à ions lithium dans notre société exige le développement de matériaux d'électrode positive, avec des exigences spécifiques en termes de densité énergétique, de coût et de durabilité. Dans ce but, nous avons exploré quatre composés à base de sulfate: un fluorosulfate - LiCuSO4F et une famille d'oxysulfates - Fe2O(SO4)2, Li2Cu2O(SO4)2 and Li2VO(SO4)2. Leur synthèse, structure et performances électrochimiques sont présentées pour la première fois. Étant électrochimiquement inactif, LiCuSO4F présente une structure triplite ordonnée qui est distincte des autres fluorosulfates. L'activité électrochimique des composés oxysulfate a été explorée face au lithium. Plus spécifiquement, Fe2O(SO4)2 délivre une capacité réversible d'environ 125 mA∙h/g à 3.0 V par rapport à Li+/Li0; Li2VO(SO4)2 et Li2Cu2O(SO4)2 présentent respectivement les potentiels les plus élevés de 4.7 V vs. Li+/Li0 parmi les composés à base de V et de Cu. Enfin, la phase Li2Cu2O(SO4)2 révèle la possibilité d'une activité électrochimique anionique dans une électrode positive polyanionique. Leurs propriétés physiques, telles que les conductivités ioniques et les propriétés magnétiques, sont également rapportées. Dans l'ensemble, les oxysulfates sont intéressants à étudier en tant qu'électrodes positives polyanioniques pour les batteries à ions lithium
The increasing demand of our society for Li-ion batteries calls for the development of positive electrode materials, with specific requirements in terms of energy density, cost, and sustainability. In such a context, we explored four sulfate based compounds: a fluorosulfate – LiCuSO4F, and a family of oxysulfates – Fe2O(SO4)2, Li2Cu2O(SO4)2 and Li2VO(SO4)2. Herein their synthesis, structure, and electrochemical performances are presented for the first time. Being electrochemically inactive, LiCuSO4F displays an ordered triplite structure which is distinct from other fluorosulfates. The electrochemical activity of the oxysulfate compounds was explored towards lithium. Specifically, Fe2O(SO4)2 delivers a sustained reversible capacity of about 125 mA∙h/g at 3.0 V vs. Li+/Li0; Li2VO(SO4)2 and Li2Cu2O(SO4)2 respectively exhibit the highest potential of 4.7 V vs. Li+/Li0 among V- and Cu- based compounds. Last but not least, the Li2Cu2O(SO4)2 phase reveals the possibility of anionic electrochemical activity in a polyanionic positive electrode. Their physical properties, such as ionic conductivities and magnetic properties are also reported. Overall, this makes oxysulfates interesting to study as polyanionic positive electrodes for Li-ion batteries

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Lander, Laura. "Exploration of new sulfate-based cathode materials for lithium ion batteries." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066330/document.

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Abstract:

Ces vingt dernières années, les batteries lithium-ion sont devenues dominantes parmi les technologies de stockage d’énergie électrique. Selon les applications, ces batteries (ou les matériaux qui la constituent) doivent présenter différentes spécificités: notamment une grande densité d’énergie, un bas coût, des contraintes de sécurité et de durabilité. Dans ce but, le développement de nouveaux matériaux d’électrode est indispensable. Nous nous sommes engagés, dans cette thèse, dans la synthèse des nouveaux composés polyanioniques à base de sulfates et fluorosulfates comme matériaux d’électrodes positives. Au cours de notre étude, nous avons synthétisé un nouveau polymorphe de KFeSO4F, de symétrie monoclinique, dont nous avons déterminé la structure en combinant la diffraction des rayons X et des neutrons sur poudre. Il est possible d’extraire électrochimiquement K+ de KFeSO4F et de réinsérer Li+ dans cette nouvelle matrice «FeSO4F» à un potentiel moyen de 3.7 V vs. Li+/Li0. Ensuite, nous nous sommes penchés vers des matériaux dépourvus de fluor et nous avons découvert une nouvelle phase Li2Fe(SO4)2 orthorhombique, qui présente des propriétés électrochimiques intéressantes avec un potentiel de 3.73 et 3.85 V vs. Li+/Li0 et une bonne cyclabilité. Nous avons également étudié le composé langbeinite K2Fe2(SO4)3 pour son aptitude à intercaler Li+ une fois le K+ extrait, avec cependant peu de succès. Néanmoins, en examinant d’autres phases langbeinites K2M2(SO4)3 avec M=métaux de transition 3d, nous avons découvert un nouveau composé K2Cu2(SO4)3, qui cristallise dans une structure différente de celle des langbeinites. Enfin, nous n’avons pas seulement étudié ces nouveaux matériaux pour leurs propriétés électrochimiques mais nous avons été également capables de révéler d’autres caractéristiques physiques intéressantes, notamment magnétiques. Les composés Li2Fe(SO4)2 orthorhombique et KFeSO4F monoclinique s’ordonnent antiferromagnétiquement à longue distance et leur structure magnétique autorise un couplage magnéto-électrique
Lithium-ion batteries (LIBs) have become the dominating electrical energy storage technology in the last two decades. However, depending on their applications, LIBs need to fulfill several requirements such as high energy density, low-cost, safety and sustainability. This calls for the development of new electrode materials. Focusing on the cathode side, we embarked on the synthesis of novel sulfate- and fluorosulfate-based polyanionic compounds. During the course of our study, we discovered a monoclinic KFeSO4F polymorph, whose structure was determined via combined X-ray and neutron powder diffraction. We could electrochemically extract K+ and reinsert Li+ into this new polymorphic “FeSO4F” matrix at an average potential of 3.7 V vs. Li+/Li0. We then turned towards fluorine-free materials and synthesized a new orthorhombic Li2Fe(SO4)2 phase, which presents appealing electrochemical properties in terms of working potential (3.73 and 3.85 V vs. Li+/Li0) and cycling stability. In a next step, we tested langbeinite K2Fe2(SO4)3 for its aptitude to intercalate Li+ once K+ is extracted, with however little success. Nevertheless, exploring other langbeinite K2M2(SO4)3 phases (M=3d transition metal), we discovered a new K2Cu2(SO4)3 compound, which crystallizes in an orthorhombic structure distinct from the langbeinite one. Finally, we investigated these compounds not only for their electrochemistry, but we were also able to demonstrate other interesting physical properties, namely magnetic features. Orthorhombic Li2Fe(SO4)2 and monoclinic KFeSO4F both present a long-range antiferromagnetic spin ordering whose symmetry allows a magnetoelectric effect

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Lancel, Gilles. "Synthèse et caractérisation de membranes hybrides pour la conduction des ions lithium, et application dans les batteries lithium-air à électrolyte aqueux." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066011.

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Abstract:

La technologie lithium-air à électrolyte aqueux pourrait révolutionner le stockage de l'énergie, mais la protection du lithium métallique par une vitrocéramique conductrice du lithium reste une limitation importante. Cela rend le système plus fragile, limite sa cyclabilité et augmente la chute ohmique. L'objectif de ce travail a été de remplacer cette vitrocéramique par une membrane hybride réalisée par extrusion électro assistée ou electrospinning, qui combine des propriétés d'étanchéité à l'eau, de flexibilité et de conductivité du lithium. La conductivité ionique est apportée par la partie céramique, pour laquelle les matériaux Li1,4Al0,4Ti1,6(PO4)3 (LATP) et Li0,33La0,57TiO3 (LLTO) ont été étudiés. L'étanchéité est assurée par un polymère fluoré. Différentes voies de synthèse des poudres ont été étudiées et comparées en termes de pureté, de microstructure, de surface spécifique et de propriétés électrochimiques. En particulier, des particules de LATP sub-microniques ont été obtenues pour la première fois par chauffage micro-onde, en des temps aussi courts que 2 min. Des membranes ont ensuite été réalisées à partir de suspensions. Dans une seconde approche, un réseau de nanofibres interconnectées et conductrices du lithium a été réalisé par couplage entre la chimie sol-gel et le procédé d'electrospinning. L'imprégnation de ce réseau donne une membrane hybride flexible, conductrice du lithium et étanche à l'eau. Un renforcement mécanique par les fibres inorganiques est observé. Cette approche a été appliquée aux deux matériaux LATP et LLTO. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives pour les batteries lithium-air, lithium soufre et lithium-ion
Aqueous lithium-air batteries could be a revolution in energy storage, but the main limitation is the use of a thick glass-ceramic lithium ionic conductor to isolate the metallic lithium from the aqueous electrolyte. This makes the system more fragile, limits its cyclability and increases ohmic resistance. The aim of this work is to replace the glass-ceramic by a hybrid membrane made by electrospinning, which combines water tightness, flexibility and lithium-ions conductivity. The ionic conductivity is provided by a nanostructured solid electrolyte ceramic: both Li1,4Al0,4Ti1,6(PO4)3 (LATP) and Li0,33La0,57TiO3 (LLTO) were studied. The water tightness is ensured by a fluorinated polymer. Different powders synthesis methods are reported and compared in terms of purity, microstructure, specific surface area and electrochemical properties. Especially, the LATP microwave-assisted synthesis is reported for the first time. Sub-micrometric LATP particles were obtained in times as short as 2 min. The fabrication of hybrid membranes from suspension is then reported. In a second approach, the coupling between sol-gel chemistry and electrospinning made possible the fabrication of a self-standing lithium-conducting network, made of interconnected crystalline nanofibers. After an impregnation step, a flexible, lithium-conducting and watertight hybrid membrane is obtained. A mechanical reinforcement is observed, which is attributed to the inorganic nanofibers. This approach is exposed for both LATP and LLTO solid electrolytes. This work opens new prospects in lithium-air, lithium-sulfur and lithium-ion batteries

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Milke, Bettina. "Synthese von Metallnitrid- und Metalloxinitridnanopartikeln für energierelevante Anwendungen." Phd thesis, Universität Potsdam, 2012. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2012/6000/.

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Abstract:

Ein viel diskutiertes Thema unserer Zeit ist die Zukunft der Energiegewinnung und Speicherung. Dabei nimmt die Nanowissenschaft eine bedeutende Rolle ein; sie führt zu einer Effizienzsteigerung bei der Speicherung und Gewinnung durch bereits bekannte Materialien und durch neue Materialien. In diesem Zusammenhang ist die Chemie Wegbereiter für Nanomaterialien. Allerdings führen bisher die meisten bekannten Synthesen von Nanopartikeln zu undefinierten Partikeln. Eine einfache, kostengünstige und sichere Synthese würde die Möglichkeit einer breiten Anwendung und Skalierbarkeit bieten. In dieser Arbeit soll daher die Darstellung der einfachen Synthese von Mangannitrid-, Aluminiumnitrid-, Lithiummangansilicat-, Zirkonium-oxinitrid- und Mangancarbonatnanopartikel betrachtet werden. Dabei werden die sogenannte Harnstoff-Glas-Route als eine Festphasensynthese und die Solvothermalsynthese als typische Flüssigphasensynthese eingesetzt. Beide Synthesewege führen zu definierten Partikelgrößen und interessanten Morphologien und ermöglichen eine Einflussnahme auf die Produkte. Im Falle der Synthese der Mangannitridnanopartikel mithilfe der Harnstoff-Glas-Route führt diese zu Nanopartikeln mit Kern-Hülle-Struktur, deren Einsatz als Konversionsmaterial erstmalig vorgestellt wird. Mit dem Ziel einer leichteren Anwendung von Nanopartikeln wird eine einfache Beschichtung von Oberflächen mit Nanopartikeln mithilfe der Rotationsbeschichtung beschrieben. Es entstand ein Gemisch aus MnN0,43/MnO-Nanopartikeln, eingebettet in einem Kohlenstofffilm, dessen Untersuchung als Konversionsmaterial hohe spezifische Kapazitäten (811 mAh/g) zeigt, die die von dem konventionellen Anodenmaterial Graphit (372 mAh/g) übersteigt. Neben der Synthese des Anodenmaterials wurde ebenfalls die des Kathodenmaterials Li2MnSiO4-Nanopartikeln mithilfe der Harnstoff-Glas-Route vorgestellt. Mithilfe der Synthese von Zirkoniumoxinitridnanopartikeln Zr2ON2 kann eine einfache Einflussnahme auf das gewünschte Produkt durch die Variation derReaktionsbedingungen, wie Harnstoffmenge oder Reaktionstemperatur, bei der Harnstoff-Glas-Route demonstriert werden. Der Zusatz von kleinsten Mengen an Ammoniumchlorid vermeidet, dass sich Kohlenstoff im Endprodukt bildet und führt so zu gelben Zr2ON2-Nanopartikeln mit einer Größe d = 8 nm, die Halbleitereigen-schaften besitzen. Die Synthese von Aluminiumnitridnanopartikeln führt zu kristallinen Nanopartikeln, die in eine amorphe Matrix eingebettet sind. Die Solvothermalsynthese von Mangancarbonatnanopartikel lässt neue Morphologien in Form von Nanostäbchen entstehen, die zu schuppenartigen sphärischen Überstrukturen agglomeriert sind.
The development of new methods toward alternative clean energy production and efficient energy storage is a hot topic nowadays. In this context nanoscience has an important role to find suitable ways of increasing the efficiency of storage and production of energy of already known materials and new materials. However, until now the most well-known syntheses of MnN0,43 and Zr2ON2 nanoparticles lead to undefined particles. A simple, cheap and safe synthesis would offer the possibility of broader applications and scalability. We herein present the so-called urea-glass route which is used as a sol-gel process. This synthetic route leads to well-defined particle sizes, novel particle morphologies and allows the tailoring of the desired products. In the case of the synthesis of manganese nitride nanoparticles (MnN0,43), nanoparticles with a core-shell structure are obtained, their use as conversion materials in batteries is first introduced. On the other hand, the formation of zirconium oxynitride nanoparticles (Zr2ON2) can be easily influenced by varying the reaction conditions such as the amount of urea or the reaction temperature. The addition of small amounts of salt prevents the formation of carbon in the final product, leading to yellow Zr2ON2 nanoparticles with a size of d = 8 nm which show semiconductor behavior.

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Robitaille, Amélie. "Synthèse et caractérisation de poly[5-alkyl-thieno-[3,4-c]-pyrrole-4,6-dione]s pour la fabrication d’électrodes de batteries lithium-ion." Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25841.

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Abstract:

Le potentiel d’oxydoréduction des anodes utilisée dans un pile lithium-ion doit se trouver au-dessus de 0,75V vs Li/Li+ pour rester sécuritaire et ne doit pas excéder 2V vs Li/Li+ pour conserver une puissance adéquate. Suite aux travaux effectués les polythienopyrroledione (PTPD) ont démontré des potentiels d'oxydo-réduction de 1,6V vs Li/Li+ ce qui correspond aux critères établis ci-haut. De plus, ils ont une capacité théorique de 215 mAh/g, ont obtenu une capacité expérimentale de 209 mAh/g. Cette capacité est toutefois inférieure à celle des matériaux d'anodes actuellement sur le marché. Par contre, étant donné que la capacité d'une pile est limitée par la capacité de l'électrode la plus faible, et qu'actuellement les piles lithium-ion sur le marché sont basées sur le LiFePO₄ qui possède une capacité de 170 mAh/g, il serait envisageable que les PTPD puissent potentiellement être des anodes commercialisables.

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Mir, Caroline. "Nouveaux sulfures complexes pour application aux batteries au lithium." Electronic Thesis or Diss., Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEC037.

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Abstract:

Il s’agit d’un travail prospectif de recherche de nouveaux matériaux type oxysulfures qui pourraient substituer les composés couramment utilisés dans les batteries commerciales, qu’il s’agisse de batteries de téléphones ou de véhicules électriques. Il s’agira donc d’un travail exploratoire de synthèse en chimie du solide, à la recherche de phases nouvelles, en corrélation avec une évaluation par les techniques classiques de l’électrochimie du solide. Les couples à tester en premier seraient probablement formés par des éléments de transition tels que le Manganèse, le Fer et le Titane, peu coûteux et peu toxiques. L’accent final de cette thèse sera mis sur l’étude des propriétés de transport électronique et ionique dans les structures chalcogénures et oxy-chalcogénures en même temps que leur caractérisation électrochimique
Synthesis of new oxysulfides materials for lithium ion batteries. Exploratory work on solid state synthesis, research of new phases, and study of the electrochimical properties of these new materials. Transition metals wich will be tested : Mn, Fe, Ti ... cheap and non toxic. An electronic and ionic transport study about these new materials will be done

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Ebert, Thomas. "Mehrlingspolymerisation in Substanz und an Oberflächen zur Synthese nanostrukturierter und poröser Materialien." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-215817.

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Abstract:

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von unterschiedlichen nanostrukturierten Hybridmaterialien ausgehend von nur einem Monomer. Dabei wird ein neuartiges Monomer vorgestellt, welches in einem Prozessschritt ein Hybridmaterial bestehend aus drei Polymeren bilden kann. Dies erweitert das Konzept der Zwillingspolymerisation, bei der zwei Polymere aus einem Monomer erhalten werden. Aus diesem Grund wurde der Überbegriff „Mehrlingspolymerisation“ für die Synthese von zwei oder mehr Polymeren aus nur einem Monomer eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der gezielten Beschichtung verschiedener Partikeloberflächen mit nanostrukturierten Hybridmaterialien mittels Zwillingspolymerisation. Dabei wird der Einfluss der Oberfläche auf die Polymerisation verschiedener Zwillingsmonomere untersucht. Durch Nachbehandlung sind daraus poröse Kompositmaterialien zugänglich. Je nach Beständigkeit der Substrate sind diese in den Nachbehandlungsschritten stabil oder werden entfernt und dienen nur als Template zur Strukturierung der porösen Materialien. Es wurden unterschiedliche poröse Kohlenstoffe und Kohlenstoffkompositmaterialien hergestellt und charakterisiert. Ausgewählte Materialien wurden mit Schwefel verschmolzen und in Lithium-Schwefel-Zellen untersucht (Kooperation Dr. S. Choudhury, Leibniz-Institut für neue Materialien Saarbrücken). Die Charakterisierung der Proben erfolgte unter anderem mithilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, dynamischen Differenzkalorimetrie, Röntgenpulver-diffraktometrie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Thermogravimetrie und Stickstoffsorption.

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Auguste, Sandy. "Synthèse et caractérisation de composés dans le système lithium-métal de transition-phosphite pour des applications en tant que matériaux de batteries." Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie, 2013. http://www.theses.fr/2013ENCR0011.

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Abstract:

Ce travail porte sur la recherche de nouveaux matériaux en vue d’applications en tant que matériaux d’électrodes positive dans le domaine des batteries au lithium. Nos expérimentations ont porté sur la synthèse par voie hydrothermale et la caractérisation de composés contenant le groupement phosphite (HPO3)2- et divers métaux de transition : le vanadium, le manganèse et le fer. L’étude du système à base de vanadium a permis de mettre en évidence deux oxalatophosphites lithiés originaux de formulation Li2 VOHPO3) C2O4, x H2O (x = 4 et 6) présentant des structures lamellaires et dont les comportements thermiques ont été étudiés de manière approfondie. Une troisième phase LiV(HPO3)2, au sein du même système, a fait l’objet d’étude de la mobilité du lithium par voies électrochimique et chimique. L’étude du second système à base de manganèse a permis de mettre en évidence les phases originales Li2Mn(HPO3)2 de structure tridimensionnelle et LixMn11(HPO3)8(OH)6-xOx qui ont été caractérisées et le cyclage électrochimique a été réalisé sur le premier composé. Enfin, le dernier système contenant du fer a été exploré et deux nouvelles phases, LiFe(HPO3)2, 3 H2O et LixFe11(HPO3)8(OH)6-xOx, ont été étudiées
This work involves the research of new materials for applications as positive electrode materials in the field of lithium batteries. Our experiments focused on the hydrothermal synthesis route and characterization of compounds containing the phosphite group (HPO3)2- and various transition metals: vanadium, manganese and iron. The system based on vanadium has highlighted two original oxalatophosphites Li2(VOHPO3) C2O4, x H2O (x = 4 and 6) with lamellar structures whose thermal behaviors were studied in detail. The mobility of lithium by electrochemical and chemical routes was studied in a third original phase LiV(HPO3)2 of the same vanadium system. The study of the second system based on manganese revealed the original phases Li2Mn(HPO3)2 and LixMn11(HPO3)8(OH)6-xOx which were characterized and the electrochemical cycling was performed on the first compound. Finally, the last system containing iron was investigated and two new compounds, LiFe(HPO3)2, 3 H2O and LixFe11(HPO3)8(OH)6-xOx, were studied

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Hosni, Bilel. "Élaboration par mécano-synthèse d'alliages à base Ti-Fe : caractérisation de leurs propriétés de stockage électrochimique d'hydrogène." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCA015.

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Abstract:

L’hydrogène est la solution potentielle pour réussir la transition énergétique d’un système actuel basé en grande partie sur les combustibles fossiles vers un système non émetteur de gaz toxiques et respectueux de l’environnement. Cependant, le stockage de l’hydrogène est un grand défi qui freine son application pratique dans les différents domaines. Les hydrures métalliques permettent de stocker une grande quantité d’hydrogène de façon réversible dans de bonnes conditions (Température, pression, sécurité…) comparée aux autres modes de stockage (gazeux et liquide). En plus, ces mêmes matériaux sont utilisés comme électrode négative dans les batteries Nickel-Métal Hydrure.Dans la première partie de cette thèse, les alliages Ti-Fe ont été synthétisés parmécanosynthèse pour différents temps de broyage et différents rapports massiquesbilles/poudre. Afin d’optimiser les paramètres d’élaboration, ces alliages ont été caractérisés par différentes techniques telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage, la chronopotentiométrie, la chronoampérométrie et la voltamétrie cyclique.Dans une seconde partie, les alliages TiFe+4%MWNTs, TiFe0.95-xMx, TiFe0.90M0.10 etTiFe0.90Mn0.05V0.05 (x=0.05, 0.15) (M : Mn ou V) ont été élaborés selon les paramètres optimaux déterminés précédemment. L’influence de l’additif Nanotubes de Carbone à multiparois (MWNTs), de la substitution partielle du Fe par Mn et/ou V et de l’excès de Titane sur les propriétés structurales, morphologiques et électrochimiques telles que l’activation, la capacité de décharge électrochimique, la réversibilité, la tenue au cyclage, le coefficient de diffusion ont ensuite été étudiés. Les propriétés redox des électrodes, le potentiel de Nernst et la densité du courant d’échange, ont été déterminés, en se basant sur la première loi de Sternet le modèle théorique de Bulter -Volmer.Les résultats électrochimiques obtenus montrent que l’alliage TiFe+4 wt.% MWNTs présente les meilleures performances : une activation rapide (au 1er cycle) et une meilleure capacité maximale de décharge (266 mAh g-1) avec une réversibilité qui reste inchangée
Hydrogen is the potential solution to make a success of the energy transition of a current system basically based on fossil fuels towards a system friendly to environment. However, the storage of hydrogen is a big challenge that hinders its practical application in different areas.. Metal hydrides can store a large amount of hydrogen reversibly under good conditions (temperature, pressure, safety ...) compared to other storage modes (gaseous and liquid). In addition, these same materials are used as negative electrode in Nickel-Metal Hydride batteriesIn the first part of this thesis, Ti-Fe alloys were synthesized using mechanical alloying (MA) under argon atmosphere at room temperature, with different ball to powder weight ratio and at different milling times. In order to determine the optimal parameters of the elaboration the metallic composite were investigated using different techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy (EDS support), chronopotentiometry, chronoamperometry and cyclic voltammetry,In the second part, the metallic compounds, TiFe+4%MWNTs, TiFe0.95-xMx, TiFe0.90M0.10 and TiFe0.90Mn0.05V0.05 (x=0.05, 0.15) (M : Mn or V), which are used as the negative electrode material for Ni-MH secondary batteries, were synthesized by mechanical alloying according to optimal parameters, previously determined.The effect of MWNT addition, the Mn and/or V partial substitution for Fe and the excess of titanium on the structural, morphological and electrochemical parameters such as activation, electrochemical discharge capacity, reversibility, cycle life time and hydrogen diffusion coefficient were investigated.The redox properties of the electrodes such as the Nernst potential and the exchange current density were studied based on Stern’s first law and the theoretical model of Bulter-Volmer.The electrochemical properties of studied samples show the best performance for TiFe+4% MWNTs alloy. Indeed, this alloy presents a rapid activation (1st cycle) and a best discharge capacity (266 mAhg-1) with a reversibility remaining unchanged

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Geng, Lopez Joaquin. "Synthèse et caractérisations électrochimiques vis-à-vis du lithium de structures organiques polycarbonylées et/ou azotées pour application au stockage électrochimique de l’énergie." Amiens, 2011. http://www.theses.fr/2011AMIE0117.

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Abstract:

Dans le but de satisfaire les besoins électriques et face au manque d’une solution universelle, toute méthode fiable et sûre peut trouver une application pratique. A partir de cette observation, la technologie Li-ion, capable de stocker l’électricité de manière efficace, va jouer un rôle crucial dans les années à venir. Bien que la technologie actuelle se base exclusivement sur des matériaux d’insertion inorganiques, obtenus par des techniques énergivores et à partir de ressources non-renouvelables. L’abondance des matières premières et le coût du cycle de vie de ces matériaux peuvent présenter un obstacle à long terme si on envisage des applications à grande échelle. Afin de proposer une alternative viable, nous avons mis en avant une approche radicalement différente, en développant des matériaux organiques obtenus à partir de la biomasse. Toutefois, promouvoir des matériaux d’électrodes organiques requiert la difficile tâche d’identifier les centres redox organiques capables de réagir réversiblement à haut comme à bas potentiel vs Li. Dans ce cadre, nous avons décidé de synthétiser et d’étudier les propriétés électrochimiques de composés organiques actifs pour applications en tant qu’électrodes d’ accumulateur Li-ion. Nous avons cherché à évaluer différentes structures polycarbonylées et/ou azotées. Dans une première partie nous avons étudié des dérivés azotés neutres, tels que les pipérazines tétrones et deux dérivés de l’héxaazatriphénylène (HAT), puis nous avons étudié l’effet des substituants sur la structure de différentes p-benzoquinones, et nous avons finalement étudié le sel de dilithium du diimide pyromellitique. Notre but est de constituer une bibliothèque qui puisse nous permettre de relier la structure du composé organique à son comportement électrochimique à l’état solide vis à vis du lithium. Cette base nous permettra de développer des matériaux organiques capables de répondre aux besoins électriques présents et futurs
To satisfy our electrical needs and being faced with a total lack of universal solution, any safe and reliable way to generate operative electricity could find a practical application. From this point of view efficient electrical storage technologies such as Li-ion batteries will have a crucial role to play. However, current technology nearly exclusively operates on inorganic insertion compounds synthesized from high temperature reactions and non renewable resources. The abundance and material life cycle costs of such batteries may present issues in the long term with foreseeable large scale applications. As possible alternative, we have put forward a radically different approach by developing low emission materials based on organic typically deriving from biomass. However, promoting organic-based electrode materials involves the difficult task of identifying stable redoxorganic materials able to reversibly react at both high and low potentials vs. Li. In this context we decided to synthesize and study the electrochemical properties of polycarbonylated compounds, and evaluate different structures. First we studied some nitrogen based derivatives, such as tetraketopiperazines and two derivatives of hexaazatriphenylene (HAT), then we have studied the substituant effect on the p-benzoquinone core and we tested vs Li the pyromellitic diimide dilithium salt. We were looking forward to create a robust experimental database of potential chemical structures in relation with their solid state electrochemical behavior towards lithium. We hope that these results will help us to develop new electro-active organic materials able to satisfy the present and future electrical needs

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Pana, Cristina. "Development of new carbon hybrid materials for Li+ and Na+ ion batteries applications." Thesis, Mulhouse, 2018. http://www.theses.fr/2018MULH0541.

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Abstract:

Au cours des dernières années, de nombreuses recherches se sont concentrées sur les batteries afin de satisfaire leur demande croissante pour de nombreuses applications. Les matériaux hybrides métal/carbone ont fait l'objet d'une grande attention en tant qu'anodes pour les batteries ioniques Li et Na en raison de leur capacité plus élevée par rapport aux anodes graphite/carbone dur. Cependant, l'expansion de la taille des NPs métalliques et la forte capacité irréversible pendant le 1ercycle sont les principaux inconvénients à surmonter et représentent l'objectif principal de cette thèse. Trois types d'hybrides ont été étudiés (C@Sn et C@SiO2pour les LIBs, et C@Sb pour les NIBs) et des voies de synthèse originales ont été développées qui ont permis d'obtenir des matériaux avec des NPs petites et homogènes distribuées dans le réseau de carbone. Plusieurs paramètres expérimentaux ont été optimisés, conduisant à une vaste palette de matériaux avec des porosités, des structures et des granulométries différentes. La température et la charge de particules se sont avérées être les principaux paramètres affectant la porosité et la taille des particules ainsi que les performances électrochimiques. L'augmentation de la température et de la charge de NPs ont conduit à une porosité plus faible qui a permis de diminuer la capacité irréversible et d'améliorer la capacité réversible. En même temps, le cycle à long terme a été affecté négativement en raison de la formation de particules non confinées et agglomérées. Un compromis entre la charge de carbone/porosité/structure a été déterminé pour chaque système et les mécanismes électrochimiques traités sur la base d'analyses post-mortem
During the last years a lot of research has been focused on batteries to satisfy their increasing demand for a broad application. Metal-based/carbon hybrid materials received great attention as anodes for Li and Na ion batteries due to their higher capacity compared to graphite/hard carbons anodes. However, the metal particle size expansion and the high irreversible capacity during cycling are the main inconvenients to be overcome and represent the main goal of this thesis. Three type of hybrids were studied(C@Sn and C@SiO2for LIBs, and C@Sb for NIBs) and original synthesis pathways were developed which allowed to obtain materials with small and homogeneous distributed particles in the carbon network. Several experimental parameters were tuned leading to a large pallet of materials exhibiting different porosities, structures and particle size/distribution. The temperature and the particle loading were found to be the main parameters affecting the porosity and the particle size and further the electrochemical performances. The increase of both temperature and particle loading lead to smaller porosity which successfully allowed to diminish the irreversible capacity and to improve the reversible capacity. In the same time, the long-term cycling was negatively affected due to the formation of un-confined and agglomerated particles. The extent of particle agglomeration and consequently of capacity fading was found to depend on the type of metal and synthesis route. A compromise between the carbon loading/porosity/structure was determined for each system and the electrochemical mechanisms addressed based on post-mortem analyses

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Dissertations / Theses on the topic 'Synthèse de la batterie'

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