Dissertations / Theses: 'Tout-solide'

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Garie, Régine. "Etude et réalisation d'une cellule d'affichage électronique "Tout solide"." Bordeaux 1, 1986. http://www.theses.fr/1986BOR10641.

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Abstract:

Les systemes d'affichage electrochromes presentent des proprietes specifiques (effet memoire, grande surface, angle de lisibilite,. . . ) permettant d'envisager de nombreuses applications. Le travail presente porte sur l'etude et la realisation de tels dispositifs en couches minces. Apres une etude bibliographique le choix des differents materiaux est effectue. Les oxydes de tungstene et d'iridium sont utilises comme materiaux electrochromes et des polymeres conducteurs protoniques nouveaux comme electrolytes. La caracterisation des couches realisees est obtenue a l'aide de techniques variees: diffraction x, rbs, spectroscopie ir,. . . Une etude en spectroscopie d'admittance fait l'objet d'un important developpement et un modele est propose pour rendre compte des admittances fractionnaires observees. Enfin les differents dispositifs realises sont etudies et font l'objet d'une discussion prospective

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Denoyelle, Quentin. "Microbatteries lithium(-ion) tout solide pour applications haute température." Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0007.

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Abstract:

Le développement de la microélectronique a conduit à l’émergence de capteurs capables de fonctionner à haute température (150 - 250 °C). Les sources d’énergie existantes (batteries conventionnelles, batteries ZEBRA etc.) sont peu ou pas du tout adaptées pour ce genre d’applications. L’utilisation du LiPON, électrolyte céramique stable jusqu’à plus de 200 °C, permet d’envisager l’utilisation des microbatteries comme source d’alimentation à haute température. L’objectif de la thèse consiste à évaluer la possibilité d’utiliser des microbatteries standards de type LiCoO2/LiPON/Li à haute température. La première partie de l’étude porte sur la stabilité en température des différents matériaux de l’empilement, notamment celle des composés délithiés Li1-xCoO2. En parallèle, la deuxième partie de l’étude s’est concentrée sur l’analyse des interfaces entre les différents matériaux, notamment sur l’interface LiCoO2/LiPON. A partir des résultats obtenus sur la stabilité thermique du matériau d’électrode positive et sur sa réactivité vis-à-vis de l’électrolyte, son remplacement est étudié dans la troisième partie afin d’obtenir un empilement plus robuste à haute température. L’étude du composé Li2FeS2 et de l’interface avec le LiPON a permis de montrer des résultats encourageants pour l’application visée
The development of microelectronics has led to the manufacture of sensors able to operate at high temperatures (150 - 250 °C). For this kind of application, available power sources (conventional batteries, ZEBRA batteries etc.) are poorly or not adapted at all to this kind of applications. The use of LiPON, a ceramic electrolyte stable until high temperature, suggests that microbatteries could be used for high temperature current supplying. The aim of this work is to estimate the sustainability of standard microbatteries LiCoO2/LiPON/Li at high temperature. The first part of the study focuses on the thermal stability of the different materials of the stack, especially on delithiated compounds Li1-xCoO2. In parallel, the second part of the study is devoted to the interfaces between the different materials, focusing on the LiCoO2/LiPON interface. Given the results obtained on the thermal stability of the positive electrode material and its reactivity with the electrolyte, the third part deals with the electrode material substitution in order to make a more robust stack at high temperature. The study of Li2FeS2 and its interface with the electrolyte leads to promising results with regard to the aimed application

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Garie, Régine. "Etude et réalisation d'une cellule d'affichage électrochrome "tout-solide"." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375977898.

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Chable, Johann. "Électrolytes solides fluorés pour batteries tout solide à ions F-." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0276/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur la synthèse, la mise en forme et la caractérisation desolutions solides de type tysonite RE1-xMxF3-x (RE = La, Sm, Ce et M = Ba, Ca, Sr). Dans unpremier temps, une démarche d’étude rigoureuse est mise en place pour la solution solide ditede référence, La1-xBaxF3-x. Les synthèses menées à l’état solide aboutissent à une maîtrise dela composition chimique et à l'établissement de lois de variations des paramètres structuraux.Une meilleure compréhension de l’influence de la structure sur la mobilité des ions F- estégalement acquise. L’influence du frittage dans l’obtention de bonnes valeurs de conductivitéionique est également à souligner. Dans un second temps, les effets de la nanostructurationpar mécanobroyage sur les propriétés de conductivité sont évalués. L’utilisation de laméthodologie des plans d’expériences mène à la mise au point des réglages optimums debroyage. Il apparaît alors que la synthèse des électrolytes peut être accélérée et mise àl’échelle tout en gardant des valeurs optimales de conductivité. Enfin, la démarche déterminéeest appliquée à d'autres solutions solides de type tysonite et à la recherche du conducteurionique le plus performant. Si les composés issus de la substitution Ce/Sr ou encore Sm/Casemblent les plus prometteurs, la plus grande stabilité chimique de la solution solide La1-xSrxF3-x est le compromis idéal pour l'utiliser comme électrolyte solide lors des mesuresélectrochimiques des batteries
This work deals with the synthesis, shaping and characterization of RE1-xMxF3-x (RE = La, Sm, Ce et M = Ba, Ca, Sr) tysonite-type solid solutions. In a first part, onemeticulous approach has been set up for La1-xBaxF3-x solid solution, chosen as a reference.The solid-state synthesis of these materials led to a better knowledge of their chemicalcomposition (Vegard’s laws) and of the structure-ionic mobility correlations. The impact ofthe sintering process on the ionic conductivity is also highlighted. In a second part, the effectsof the nanostructuration conducted by ball-milling of the microcrystalline samples areevaluated. The use of the Design of Experiments methodology led to identify the optimummilling conditions. It appears that the synthesis of electrolytes can be sped- and scaled-up,while keeping high ionic conductivity properties. At last, this approach is applied on othertysonite-type solid solutions, to look for the best electrolyte. The Ce/Sr and Sm/Casubstitutions generate very promising ionic conductors but not really (electro)chemicallystable compounds. A compromise has been found with the choice of the La1-xSrxF3-x solidsolution as the FIB electrolyte for the electrochemical performances tests, regarding its higherchemical stability

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Cluzeau, Benoît. "Développement de batteries lithium-ion « Tout solide » pour véhicules électriques." Electronic Thesis or Diss., Pau, 2022. http://www.theses.fr/2022PAUU3071.

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Abstract:

L'amélioration continue des performances des batteries Li-ion au cours des deux dernières décennies a permis l'introduction de nombreuses automobiles électriques sur le marché. Cependant, les demandes concernant la sécurité, l'autonomie et la charge rapide des véhicules nécessitent le développement de nouvelles technologies plus performantes.C'est dans cette optique qu'a été fondé le projet RAISE 2024 dans lequel s'inscrit cette thèse. Cette collaboration entre SAFT, ARKEMA et l'université de Pau et des pays de l'Adour vise à développer une batterie à électrolyte solide. Le développement d'un tel système possède un objectif double, à savoir le renforcement de la sécurité lors du fonctionnement des batteries, et l'utilisation de nouveaux matériaux d'électrode de plus forte capacité comme le lithium métal.Pour atteindre cet objectif, deux électrolytes ont été étudiés dans cette thèse. Le premier est constitué d'un électrolyte polymère gélifié obtenu par la réticulation d'un polymère mélangé à un électrolyte liquide. Il permet d'obtenir de bonnes performances en matière de conductivité ionique à température ambiante (10-3 S/cm) et son utilisation en batterie a permis de réaliser plus de 700 cycles avec une rétention de capacité supérieure à 80%. L'impact de la matrice polymère sur les performances a été étudié à travers une série de tests électrochimiques et d'analyse de surface (XPS). Enfin, les tests de sécurité effectués sur des cellules contenant cet électrolyte permettent de mettre en évidence une diminution significative de la quantité d'énergie libérée.Enfin, un deuxième système conducteur ionique a été étudié. Il se présente sous la forme d'une membrane polymère, plastifiée avec un liquide ionique et un solvant. Cette membrane permet d'obtenir une conductivité ionique supérieure à 10-4 S/cm à température ambiante. Couplée à un électrolyte gélifié dans les électrodes pour favoriser le contact au niveau des interfaces, la membrane présente une résistance élevée à la formation de dendrites de lithium. Son utilisation dans une cellule composée d'une électrode positive de NMC 811 et d'une électrode négative de lithium métal a permis de réaliser plus de 200 cycles à un régime de C/5, D/2 avant de perdre 20% de la capacité initiale
Improvements in the performances of Li-ion batteries in the past two decades, has enabled the introduction of many electric cars on the market. However, demands regarding the safety, autonomy, and fast charging require the development of new and more efficient technologies.It was in this context that the RAISE 2024 project, in which this thesis is part of, was founded. This collaboration between ARKEMA, SAFT and the University of Pau and Adour Countries aims to develop a lithium ion battery with a solid electrolyte. The development of such a system has a double objective: the reinforcement of safety during operation, and the use of new electrode materials with higher capacity such as metallic lithium.To achieve this objective, two electrolytes were studied in this thesis. The first consists of a gelled electrolyte obtained by crosslinking of a polymer matrix. It provides good performance in terms of ionic conductivity at room temperature (10-3 S/cm). More than 700 cycles were achieved with this electrolyte in a battery cell before reaching 80% of initial capacity. The impact of polymer matrix on performance was studied through a series of electrochemical tests and surface analysis (XPS). Finally, safety tests (nail penetration) carried out on cells filled with this electrolyte show a significant reduction of energy released.Finally, a second ionic conductor was studied. It comes in the form of a polymer membrane, plasticized with an ionic liquid and a solvent. This membrane exhibits ionic conductivity above 10-4 S/cm at room temperature. Coupled with a gel electrolyte in electrodes to improve interfacial contact, the membrane shows a high resistance to lithium dendrites. A cell using this electrolyte and composed of NMC 811 as positive electrode and lithium metal as negative electrode performed 200 cycles at a rate of C/5, D/2 before losing 20% of its initial capacity

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Auvergniot, Jérémie. "Étude des mécanismes aux interfaces électrode/électrolyte d’accumulateurs « bulk tout-solide »." Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3044/document.

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Abstract:

Les deux décennies écoulées ont connu le formidable essor de l'électronique portable qui a bouleversé notre société, essor rendu possible par l'invention des batteries Li-ion, qui fournissent une densité d'énergie élevée pour un poids et un volume réduits. Nous assistons aujourd'hui à une diversification des besoins en termes de stockage électrochimique de l'énergie, avec le développement de nouvelles applications (énergies renouvelables, transport) dont les contraintes ne sont pas les mêmes. Pour certaines applications, les exigences en termes de sécurité des personnes seront aussi importantes que celles en termes de densité d’énergie et de coût. Par ailleurs, la recherche se tourne de plus en plus vers les batteries Na-ion dont le coût de dépend pas du prix du lithium. En résumé, tel ou tel système de stockage électrochimique sera adapté à telle ou telle application.Le remplacement des électrolytes organiques liquides par des électrolytes solides inorganiques est une solution intéressante pour améliorer la sûreté des batteries, les conducteurs ioniques inorganiques étant non-inflammables, stables à haute température, et supposés plus stables chimiquement et électrochimiquement. L’emploi de ces matériaux dans des batteries « bulk tout-solide » s'accompagne néanmoins de problèmes interfaciaux limitant leurs performances, tels que la perte de contact entre particules aux interfaces, ou encore des problèmes de compatibilité chimique et électrochimique entre les matériaux. L’un des problèmes affectant ce type de batteries est l’interdiffusion d’espèces aux interfaces, accompagnée d'une augmentation d'impédance des batteries au cours du cyclage. Bien que des solutions aient déjà été proposées, comme le revêtement des particules de matière active par une couche de matériau moins réactif, il y a un manque de connaissance des espèces chimiques formées aux interfaces par réaction entre les matériaux, connaissance nécessaire afin d’améliorer les performances de tels systèmes. C'est là que se situait l'objectif de cette thèse: étudier les interactions se produisant aux interfaces électrode-électrolyte au sein de batteries «bulk tout-solide», et identifier les espèces chimiques formées. Le travail a été réalisé entre l’IPREM de Pau et le LRCS de l'Université d'Amiens. Deux électrolytes solides ont été étudiés: l’argyrodite Li6PS5Cl et le NaSICON Na3Zr2Si2PO12. Les matériaux été synthétisés, puis intégrés dans des batteries «bulk tout-solide». Les interfaces ont été caractérisées par spectroscopie photoélectronique à rayonnement X (XPS) et par spectroscopie d’électrons Auger (AES), deux techniques complémentaires, la première permettant l'identification et la quantification des espèces chimiques en extrême surface, la seconde permettant d’obtenir des informations sur leur répartition à l'échelle nanométrique.L’analyse de batteries «bulk tout-solide» basées sur l’électrolyte Na3Zr2Si2PO12 et utilisant le matériau actif Na3V2(PO4)3 a permis mettre en évidence des modifications micromorphologiques au cours du cyclage, accompagnées de phénomènes d’interdiffusion des éléments entre les particules. Les analyses AES conduites sur ce type de batteries nous ont permis de mieux décrire les phénomènes d’autodécharge.Les analyses conduites sur les batteries basées sur l’électrolyte Li6PS5Cl nous ont permis de montrer que cet électrolyte solide présente une bonne stabilité vis à vis du matériau d'électrode négative LTO. En revanche, il présente une réactivité interfaciale avec des matériaux d'électrode positive tels que LCO, NMC, LMO, LFP, ou LiV3O8. Cette réactivité se traduit par la formation d'espèces aux interfaces incluant LiCl, P2Sx , Li2Sn , S0 et des phosphates. En dépit des problèmes de réactivité interfaciale constatés, nous avons pu au cours de cette thèse mettre au point des batteries « tout-solide » basées sur l’électrolyte Li6PS5Cl présentant une bonne rétention de capacité sur 300 cycles lorsqu'elles sont cyclées entre 2,8 et 3,4V
The last two decades have shown a tremendous spreading of portable electronics, changing our society. This change was made possible by the invention of Li-ion batteries, which provide a high energy density for a low weight and volume. More recently the development of new applications, such as electric vehicles or renewable energies, has led to new needs in terms of electrochemical storage. For some applications, user safety will be as important as cost and energy density. On the other hand, research around Na-ion batteries focuses an increased interest, because they do not depend on lithium cost. Replacing organic liquid electrolytes with inorganic solid electrolytes is an interesting solution to improve the safety of batteries, because inorganic ionic conductors are nonflammable, stable at high temperature, and supposed to be chemically and electrochemically more stable. Using those materials in all-solid-state batteries has however several limiting factors, such as loss of contact between particle at the interfaces during cycling, and also chemical/electrochemical compatibility issues between materials. Another issue with this type of batteries is the interdiffusion of species at interfaces leading to an impedance increase during cycling. Several solutions exist to mitigate those issues, such coating the active material particles with a less reactive inorganic material. However there is a lack of knowledge on the species forming at those interfaces, knowledge which is needed to improve the performances of such systems. Studying those interfacial interactions and characterizing the species formed as those interfaces was the main topic of this Ph.D thesis.This work has been done in collaboration between two laboratories : IPREM (University of Pau - CNRS, France) and LRCS (University of Amiens - CNRS, France). Two solid electrolytes have been studied: the argyrodite Li6PS5Cl and the NaSICON Na3Zr2Si2PO12. Those materials have been synthetized, then integrated in bulk all-solid-state batteries and their interfaces were characterized by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Electron Spectroscopy (AES). Those two techniques provide us very complementary information, the first allowing identification and quantification of surface species, the second one giving access to the spatial repartition of elements at a nanometric level.The analysis of bulk all-solid-state batteries based on the electrolyte Na3Zr2Si2PO12 using the active material Na3V2(PO4)3 showed micromorphologic changes during cycling, as well as interdiffusion phenomena between particles. AES analysis also allowed us to describe self-discharge issues.The study of Li6PS5Cl-based batteries highlighted that this solid electrolyte is stable towards the negative electrode active material LTO. It however has interfacial reactivity towards positive electrode active materials such as LCO, NMC, LMO, LFP and LiV3O8. This reactivity leads to the formation of several species such as LiCl, P2Sx , Li2Sn , S0 and phosphates at the interface with Li6PS5Cl. In spite of the encountered interfacial reactivity issues, we managed to build all-solid-state batteries based on Li6PS5Cl showing a good capacity retention over 300 cycles when cycled between 2.8 and 3.4V

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Barraco, Laurent. "Sources laser tout solide accordables à base de matériau Nd: PPLN." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0040.

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Abstract:

Avec le développement des techniques d'inversion de domaines ferroélectriques, notamment sur le niobate de lithium (PPLN), et son utilisation pour faire de l'amplification paramétrique en quasi-accord de phase, l'efficacité des oscillateurs paramétriques optiques (OPO) s'est grandement accrue. Néanmoins, certaines applications des OPO, notamment dans le domaine de la défense, nécessitent d'avoir des systèmes compacts consommant le moins d'énergie possible avec des servitudes réduites tout en présentant les rendements électrique-optique les plus élevés. Le niobate de lithium dopé néodyme, Nd3+:LiNbO3, possède à la fois les propriétés laser associées à l'ion néodyme et les propriétés non linéaires et électro-optiques du niobate de lithium. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la possibilité de coupler ces effets dans un même cristal et de réaliser ainsi un OPO intra-cavité auto-pompé de forte éventuelle du dopage évaluée. Enfin, nous détaillons la conception, la réalisation et les performances d'un oscillateur paramétrique optique intra-cavité auto-pompé utilisant ces cristaux et discutons de ces performances en les comparant à celle d'un OPO intra-cavité utilisant un cristal laser Nd:YVO4 et un cristal non linéaire PPLNcompacité présentant de forts rendements. Tout d'abord, nous présentons les propriétés spectroscopiques de l'ion néodyme dans la matrice de niobate de lithium. Puis, nous étudions les performances d'un laser Nd :LiNbO3 sous pompage par diode ou par laser titane saphire, fonctionnant aussi bien en régime continu qu'en régime impulsionnel, ainsi que l'influence éventuelle de l'inversion de domaines ferro-électriques de la matrice sur cette source laser. Dans un second temps, après avoir présenté le fonctionnement d'un oscillateur paramétrique en quasi-accord de phase, nous réalisons l'inversion périodique de domaine ferro-électriques sur des cristaux de niobate de lithium dopé néodyme, avant d'étudier un OPO extra-cavité utilisant un tel cristal. Ses performances sont alors comparées à celle d'un OPO utilisant un cristal non dopé néodyme et l'influence.

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Rosini, Sébastien. "Capteur potentiométrique tout solide pour le dosage de l'hydrogène dans l'air." Grenoble INPG, 2003. http://www.theses.fr/2003INPG0028.

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Abstract:

L'objectif de ce travail était la mise au point d'un capteur potentiométrique tout solide pour le dosage de l'hydrogène dans l'air et la compréhension des mécanismes de réponse. Dans une première partie, le potentiel d'électrodes à diffusion gazeuse, au contact d'un conducteur protonique polymère (polybenzimidazole), a été étudié dans des mélanges hydrogène/gaz inerte et hydrogène/air. Ce travail a permis de valider le modèle de la tension mixte pour expliquer les réponses potentiométriques des capteurs. Il a de plus démontré l'influence de l'humidité sur la tension des capteurs. Un modèle simulant la réponse en tension mixte, dans l'hypothèse d'une limitation par le transport de matière, a enfin été proposé. Dans une seconde partie, une étude de deux systèmes de référence tout solide a été réalisée. Le potentiel de ces deux systèmes, l'un basé sur un sel d'argent et l'autre sur la quinhydrone, est analysé en terme de stabilité et de reproductibilité.

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Dongui, Bini Kouame. "Electrode métallique négative pour générateurs électrochimiques "tout solide" à conduction protonique." Grenoble INPG, 1988. http://www.theses.fr/1988INPG0111.

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Dongui, Bini Kouame. "Electrode métallique négative pour générateurs électrochimiques "tout solide" à conduction protonique." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37613326t.

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Grillon, Nathanaël. "Etude de la fiabilité de microbatteries à l'état tout solide au lithium." Thesis, Tours, 2015. http://www.theses.fr/2015TOUR4022.

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Abstract:

Pour répondre aux exigences de la miniaturisation des dispositifs microélectroniques, des systèmes innovants de stockage de l’énergie voient le jour et sont en mesure de franchir la phase d’industrialisation à grande échelle. L’objectif de la thèse est de réaliser l’étude approfondie de la fiabilité de microbatteries à base de LiCoO2 développées selon une approche « tout solide ». A partir de l’analyse des performances du système en fonctionnement, le vieillissement des microbatteries a été caractérisé en stockage et en cyclage électrochimique. Par le biais d’une fonction exponentielle adaptée de la loi de probabilité de défaillance de Weibull, le vieillissement des microbatteries a pu être modélisé. Finalement, un outil mathématique dédié à la prédiction de la durée de vie des dispositifs en application a pu être développé. Par ailleurs, grâce au concours de la caractérisation électrochimique des différentes couches et interfaces du système ainsi que d’une méthodologie de lecture des courbes de décharge galvanostatique, la source principale de défaillance a été identifiée. La convergence des résultats a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant de l’électrode positive de LiCoO2 sur les mécanismes conduisant au vieillissement des microbatteries. Dès lors, un scénario de défaillance et des perspectives d’amélioration des performances en fiabilité ont été proposés
To meet the requirements of microelectronic devices miniaturization, innovative energy storage systems are emerging and are able to cross the large scale industrialization phase. The goal of this thesis is to achieve a comprehensive reliability study of LiCoO2 based microbatteries developed by an « all-solid » approach. From the performance analysis of the operating system, aging of the microbatteries was characterized in storage and electrochemical cycling modes. Through an adapted exponential function from the Weibull failure probability law, the aging of the microbatteries has been modeled. Finally, a mathematical tool dedicated to the lifetime prediction of the devices in application has been developed. Otherwise, with the help of the electrochemical characterization of the different layers and interfaces of the system and a reading methodology of galvanostatic discharge curves, the main failure source has been identified. The convergence of results made it possible to highlight the leading role of the LiCoO2 positive electrode on the mechanisms leading to aging of the microbatteries. Thenceforth, a failure scenario and reliability performance improvement opportunities have been proposed

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Jouan, Gauthier. "Le frittage flash (SPS) : de la réactivité à l'assemblage de batteries "tout solide"." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1724/.

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Abstract:

La technique de frittage flash (SPS) connait depuis 2004 un essor important au niveau national. Caractérisée par des temps de traitements thermiques très courts, elle a récemment démontré des potentialités intéressantes comme nouvelle voie de synthèse et réalisation en une étape d'objets finis, comme les batteries " tout solide ". Les travaux présentés visent la détermination des paramètres " machines " et " matériaux " gouvernant les phénomènes aux interfaces au cours de la densification ainsi que leur influence sur le comportement des objets obtenus. L'étude du comportement de différents mélanges pulvérulents cuivre/V2O5 confirme l'augmentation importante de la cinétique de réaction par utilisation du SPS. Cet effet est relié à l'application d'une pression constante durant le traitement, le mode d'élévation rapide de la température par pulses de courant n'apparaissant pas significatif. A l'opposé, l'étude de mélanges moins réactifs indique que la rapidité des traitements thermiques permet la réalisation d'assemblages denses de composites et ouvre la voie à l'assemblage de batteries " tout solide " en une étape. De tels accumulateurs permettraient d'importantes améliorations en termes de sécurité, un fonctionnement à très haute température et l'utilisation de matériaux d'électrode à haut potentiel (limite à 4,5V en liquide). L'étude de la mise en forme des différents constituants d'une batterie " tout solide ", permettant d'extraire les critères généraux garantissant un assemblage optimum par frittage flash, a été réalisé dans un système modèle (Cu) possédant un électrolyte solide bon conducteur à température ambiante. La microstructure des poudres et les paramètres de frittage ont un rôle crucial sur la qualité des interfaces électrode/électrolyte et donc sur les performances électrochimiques. Ces dernières ont été contrôlées en configuration Cu-métal ou Cu-ion. Alors que dans le premiers cas, la croissance de dendrites à l'électrode négative génère des pertes de contact importantes et irréversibles à l'interface Cu/électrolyte, les batteries symétriques Cu-ion montrent une réversibilité sur une trentaine de cycles confirmant la faible dégradation des interfaces électrode/électrolyte. L'extension de ces résultats au système Li-ion potentiellement plus intéressant met en avant l'existence de limites intrinsèques aux matériaux notamment en termes de conduction ionique. L'optimisation de la mise en forme, notamment par diminution de l'épaisseur de la couche d'électrolyte, a permis de s'affranchir de ces limites et de réaliser des batteries Li-ion " tout solide ", nous permettant l'utilisation de matériaux à haut potentiel (LiCoPO4), ouvrant la voie à la réalisation de nouveaux générateurs électrochimiques plus performants
The Spark Plasma Sintering technique has known a significant growth since 2004 at a national level. Characterized by very short heat treatment duration, it has recently shown interesting possibilities as a new synthesis route and one-step realizations of assembled devices, such as "all inorganic solid state batteries". The aim of this thesis is to determine the "machine" and "materials" parameters that govern interfaces phenomena during the densification and their influence on the behavior of obtained objects. The study of the behavior of different powder mixtures of Cu/V2O5 confirms the significant increase in the reaction kinetics by using the SPS. This effect is related to the application of a constant pressure during treatment ; the rapid rise in temperature mode by current pulses does not appear significant. In contrast, the study of less reactive mixtures indicates that the rapid thermal processing allows the production of dense composites and opens the door to the one-step assembly of "all inorganic solid state batteries". Such accumulators allow significant improvements in safety, operation at high temperatures and the use of high potential electrode materials (limited to 4. 5 V in liquid). The study of the making of various components of "all inorganic solid state batteries", enables to extract the generals criteria guaranteeing an optimum assembly by Spark Plasma Sintering, was perform on a model system (copper), known to have a solid electrolyte with high conductivity at room temperature. The powders microstructure and sintering parameters have a crucial role on the quality of electrode/electrolyte interfaces and therefore on the electrochemical performances. These interfaces were controlled in Cu-metal and Cu-ion batteries configurations. While in the first case, the growth of dendrites at the negative electrode generates important and irreversible losses of contact at Cu/electrolyte interface, the Cu-ion batteries show good reversibility on thirty cycles confirming the low degradation of electrode/electrolyte interfaces. Extending these results to the potentially more interesting Li-ion system highlights the existence of inherent materials limitations in terms of ionic conduction. The shaping optimization, by reducing the thickness of the electrolyte layer, has overcome these limitations permitting the assembly of Li-ion "all inorganic solid state batteries" and allowing the use of materials with high potential (LiCoPO4), paving the way for the realization of more efficient new electrochemical generators

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Bounor, Botayna. "Micro-supercondensateurs 3D tout solide à électrodes hiérarchiques fabriqués à l'échelle du wafer." Thesis, Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019NANT4024/document.

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Abstract:

Notre étude porte sur la fabrication des micro-supercondensateurs à base d'électrodes hiérarchiques à large surface spécifique. Ces électrodes hiérarchiques combinent des approches top down et bottom up afin de développer des surfaces spécifiques importantes en cumulant les gains des microstructures 3D (top down - gravure) et des nanofils (bottom up - croissance). Des microstructures 3D usinées dans un substrat de silicium (microtubes / micropiliers / micromurs) constituent le socle de base de ces électrodes hiérarchiques. Deux volets ont été donc explorés pour décorer ces microstructures 3D par des nanofils. La première voie est basée sur la synthèse hydrothermale des nanofils de ZnO à partir d'une couche de germination nanométrique déposée par ALD sur ces microstructures 3D. La seconde voie explorée s'articule autour d'un procédé de recuit rapide (< 10 min) à haute température (1000 °C) d'un empilement SiO2/Pt. Ce recuit rapide permettait la formation des nanofils de silice (SiO2). Les matériaux pseudocapacitifs ont été ensuite déposés par voie électrolytique sur ces électrodes hiérarchiques. Le procédé d'élaboration de ces électrodes était couplé à celui de fabrication des MSCs complets afin d'obtenir des densités d'énergie surfaciques encore jamais atteintes à ce jour (>100 µWh/cm2) en maintenant les performances en densité de puissance raisonnables (> 10 mW/cm2) par l'utilisation des couches minces (-200 nm). Cette thèse a été réalisée dans 3 laboratoires du RS2E : l'IMN, l'ICGM et l'IEMN
Our study focuses on the fabrication of micro-supercapacitors based on hierarchical electrodes with a large surface area. These electrodes combine top down and bottom up approaches in order to develop important specific area by combining the surface gain of the 3D microstructures (top down / etching) and the nanowires (bottom up / growth). 3D microstructures etched within silicon substrate (microtubes / micropiliers / micromurs) forme the base of these hierarchical electrodes. Two aspects was explored to decorate 3D microstructures with nanowires. The first route is based on the hydrothermal synthesis of ZnO nanowires from a nanometric seed layer deposited by ALD on these 3D microstructures. The second explored route is based on a fast annealing process (<10 min) at high temperature (1000 ° C) of a SiO2 / Pt stack. This rapid annealing allowed therefore the formation of silica nanowires. The pseudocapacitive materials was then deposited electrolytically on these hierarchical electrodes. The method of elaboration of these electrodes was coupled with that of manufacturing complete MSCs in order to obtain high surface energy densities never before reached (> 100 uWh / cm2) while maintaining reasonable power density performances. (> 10 mW / cm2) by the use of thin films (~ 200 nm). This thesis was conducted between 3 laboratories of the RS2E: IMN, ICGM and IEMN

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Maouacine, Koceila. "Matériaux hybrides poreux silice/polymère comme électrolytes pour batterie lithium-ion tout solide." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2023. http://www.theses.fr/2023AIXM0024.

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Abstract:

La conception de batteries lithium-ion utilisant un électrolyte solide est actuellement l’une des voies les plus étudiées pour s’affranchir des problèmes de sécurité lié à ces dispositifs. Dans ces travaux de thèse, nous proposons une nouvelle approche d'élaboration d'un électrolyte hybride poreux silice/polymère, contenant une fraction massique plus élevée de silice mésoporeuse que de polymère. Deux morphologies de matériaux hybrides de silice ont été étudiées : sous forme de poudres compressées (pastilles) et sous forme de films minces. Dans la première partie du travail, une poudre de silice hybride a été synthétisée puis calcinée pour libérer la porosité. La silice mésoporeuse a, ensuite, été fonctionnalisée par imprégnation en solution avec différents polymères de type PEG de faible poids moléculaire puis, par un sel de lithium, le LiTFSI. Les poudres hybrides ont été compressées sous forme de pastilles, présentant une porosité inter- et intraparticulaire. Il a été montré que, les pastilles hybrides présentent des propriétés de conductivité ionique prometteuse lorsque les porosités inter et intraparticulaires sont remplies par le complexe PEG-LiTFSI pour PEG de faible masse molaire (300-600 g/mol). Dans la seconde partie, des films de silice mésoporeuse ont été déposés sur une électrode de carbone vitreux en utilisant une électrode à disque rotatif (RDE). Après avoir caractérisé ces films du point des propriétés texturales et de la microstructure, ces derniers ont été fonctionnalisés par le complexe PEG-LiTFSI via un procédé d’imprégnation et l’étude préliminaire de leur conductivité ionique a été réalisée
The design of lithium-ion batteries using a solid electrolyte is currently one of the most studied ways to overcome safety problem of these devices. In this thesis work, we propose a new approach to develop a porous silica/polymer hybrid electrolyte, containing a higher weight fraction of mesoporous silica than polymer. Two morphologies of silica hybrid materials were studied: as compressed powders (pellets) and as thin films. In the first part of the work, a hybrid silica powder was synthesized and then calcined to liberate the porosity. The mesoporous silica was then functionalized with different polymers of PEG of low molecular weight then by a simple solution impregnation. The hybrid powders were shaped as pellets, presenting inter- and intra-particle porosity. It was shown that the hybrid pellets present promising ionic conductivity properties when the inter- and intraparticle porosities are filled with the PEG-LiTFSI complex for PEG of low molar mass (300-600 g/mol). In the second part, mesoporous silica films were deposited on a glassy carbon electrode using a rotating disc electrode (RDE). After the characterization of these films from a textural properties and a microstructure point of view, they were functionalized by the PEG-LiTFSI complex via an impregnation process and the preliminary study of their ionic conductivity was performed

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Tarhouchi, Ilyas. "Etude des phases Li10MP2S12 (M=Sn, Si) comme électrolyte pour batteries tout-solide massives." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0220/document.

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Abstract:

En remplaçant l’électrolyte liquide par un solide, les batteries tout-solide massivessont souvent considérées comme une solution aux problèmes de sécurité desbatteries Li-ion actuelles. La récente découverte du matériau Li10GeP2S12 destructure dite LGPS présentant une conductivité ionique équivalente à celles desélectrolytes liquides a réactivé ce domaine de recherche.Dans cette optique, nous avons étudié les matériaux Li10MP2S12 (M=Sn, Si) destructure LGPS, au moyen de diverses caractérisations structurales (DRX,RMN du 31P, spectroscopie Mössbauer …), de propriétés de mobilité/conductionionique (RMN du 7Li, spectroscopie d’impédance) et de propriétés électrochimiques(voltammétrie cyclique, cyclage galvanostatique).Les échantillons commerciaux de Li10SnP2S12 contiennent des impuretés et uneincertitude subsiste sur la composition de la phase de structure LGPS. Lamodélisation des déplacements de RMN du 31P a notamment permis de mettre enévidence l’influence des lithium en site octaédrique adjacents. Les mesuresd’impédance suggèrent une réactivité avec le Li métallique et la voltammétrieconfirme que cette phase est très instable à bas potentiel, excluant son utilisation entant que simple électrolyte dans une batterie tout-solide. Nous proposons qu’il puisseêtre utilisé à la fois comme électrolyte et comme matériau de négative.L’étude préliminaire des matériaux au silicium souligne la difficulté d’obtention dematériau pur de structure LGPS, et conduit à la mise en cause du modèle structuraldit thio-LiSICON. Par ailleurs, elle montre là encore l’instabilité de ces matériauxface au lithium métal
By replacing the liquid electrolyte by a solid one, solid state batteries are oftenconsidered as a solution to safety issues in current Li-ion batteries. The recentdiscovery of Li10GeP2S12 with so-called LGPS structure, which exhibits an ionicconductivity equivalent to that of liquid electrolytes, has boosted related researchactivities.In this perspective, we studied the Li10MP2S12 (M=Sn, Si) materials with LGPSstructure, using various methods to characterize the structure (XRD, 31P NMR,Mössbauer spectroscopy …), the ionic mobility/conductivity (7Li NMR, Impedancespectroscopy), and the electrochemical properties (cycling voltammetry,galvanostatic cycling) of the material.Commercially available Li10SnP2S12 batches contain impurities and there remains anambiguity in the actual composition of the LGPS type phase. Modelling of the 31PNMR shifts reveals the effect of lithium in neighboring octahedral sites. Impedencemeasurements suggest reactivity with Li metal, and cyclic voltammetry confirms thatthe material is highly unstable at low potential, which excludes its use as a simpleelectrolyte in solid state batteries. We propose that it might be used both as anelectrolyte and as a negative electrode.The preliminary study on silicon based materials highlights difficulties in obtaining apure LGPS-type compound and questions the real nature of the so-calledthio-LiSICON structural model. Besides, it also shows the instability of thesematerials versus lithium metal

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Aidoud, Djamel. "Développement de microbatteries tout-solide imprimables intégrant des séparateurs à base de liquide ioniques." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4064/document.

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Abstract:

Le développement des microbatteries au lithium est freiné par leur coût de production élevé, associé à leur procédé de fabrication par des techniques de dépôt physique en phase vapeur. L’objectif de cette thèse a été de développer de nouveau matériaux et procédés pour diminuer le coût de fabrication des microbatteries au lithium. L’impression jet d’encre est un procédé de fabrication de couches minces rapide, peu onéreux et qui permet un dépôt précis et reproductible. Nous avons donc cherché à élaborer ici des matériaux pour batterie tout-solide au lithium qui soit imprimable. Un électrolyte a été particulièrement développé dans ce but pour qu’il soit imprimable, solidifiable après dépôt et intégrable dans une batterie, c’est-à-dire permettant son bon fonctionnement. Les ionogels apparaissent répondre parfaitement à ce cahier des charges. Ce sont des liquides ioniques (sels fondus à température ambiante) confinés dans une matrice qui leur confère un caractère solide. Ils possèdent de bonnes propriétés de conduction ionique, de bonnes stabilités thermique et électrochimique. Nous avons donc formulé des ionogels par confinement d’un liquide ionique dopé avec un sel de lithium dans une matrice polymère obtenue par la photopolymérisation de monomères dissous dans le liquide ionique. Les propriétés physiques et électrochimiques de ces ionogels ont été étudiées, ainsi que leur compatibilité avec différents matériaux d’électrode dense ou composite poreuse (lithium, LiCoO2, LiFePO4). Des prototypes de microbatteries imprimées pour partie ont été assemblés et cyclés jusqu’à jusqu’à plus de 1000 cycles
The developpement of lithium microbatteries is hampered by their high production cost, which is due to their manufacturing process by physical vapor deposition techniques. The objective of this thesis was to develop new materials and processes to reduce the manufacturing cost of lithium microbatteries. Inkjet printing is a fast, inexpensive thin-film manufacturing process that allows accurate and reproducible deposition. We have therefore endeavored here to develop materials for a lithium-based all-solid battery that is printable. An electrolyte has been particularly developed for this purpose. It is printable, can be made solid after deposition, and can be integrated into a battery, that is to say it allows its proper functioning. The ionogel appeared to meet this specification perfectly. They are ionic liquids (salts melted at room temperature) confined in a matrix which give them a solid character. They have good ionic conduction properties, good thermal and electrochemical stabilities. We have thus formulated ionogels by confinement of an ionic liquid doped with a lithium salt in polymer matrix obtained by the photopolymerization of monomers dissolved in the ionic liquid. The physical and electrochemical properties of theses ionogels have been studied, as well as their compatibility with different dense or porous composite electrode materials (lithium, , LiCoO2, LiFePO4). Prototypes of microbatteries printed in part have been assembled and cycled for more than 1000 cycles

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Castro, Alexandre. "Développement de batteries tout solide sodium ion à base d’électrolyte en verre de chalcogénures." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S126/document.

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Abstract:

L'évolution des consommations énergétiques au cours des dernières décennies entraîne des modifications majeures dans la conception des systèmes électriques autonomes à fournir, que ce soit pour des applications électriques ou électroniques. La nécessité présente de réaliser des générateurs capables de délivrer l'énergie suffisante, avec une garantie de sûreté maximale, impose à la recherche l'exploration de nouvelles voies de stockage. Les voies actuelles par accumulateurs au lithium tendent à montrer leurs limites, tant stratégiques qu'environnementales. Dans ce cadre, la construction de nouveaux systèmes électrochimiques mettant en œuvre le sodium ouvre une possibilité de réalisation d'accumulateurs sans lithium. Le besoin de batteries toujours plus performantes oblige à des conceptions innovantes, abandonnant la voie liquide au profit de systèmes tout solide plus sécuritaires. De plus, la miniaturisation de l'électronique conduit à revoir le dimensionnement des batteries, vers des batteries de type micro, pour lesquelles l'intérêt d'un empilement tout solide n'est plus à démontrer. Aujourd'hui, des verres de chalcogénures au soufre permettent l'accès à des conductivités ioniques qui laissent entrevoir la possibilité d'une réalisation de batteries tout solide, à la fois sous forme de micro batteries ou de batteries massives. Un effort de recherche a été porté à la formulation de ces verres de chalcogénures afin d'obtenir des conductivités ioniques maximales et des propriétés autorisant leur utilisation comme électrolyte. La modification de ces verres met alors en lumière l'intérêt des différents éléments les composant. L'étude de la mise en forme de l'électrolyte par dépôts de type couches minces (obtenues par Radio Fréquence Magnétron Sputering, RFMS) prouve la faisabilité de ces micro batteries tout solide au sodium. Par la suite, la réalisation de batteries massives tout solide a demandé la synthèse de deux matériaux de cathode (NaCrO2 et Na[Ni0,25Fe0,5Mn0,25]O2) et de deux matériaux d'anode (Na15Sn4 et Na) permettant ainsi la mise en œuvre de quatre empilements électrochimiques, tous caractérisés comme accumulateurs. Enfin, l'amélioration des interfaces grâce à un gel-polymère a permis de perfectionner les propriétés des assemblages avec notamment une augmentation des vitesses de charge/décharge et une mobilisation accrue des matériaux actifs de cathode
The evolution of energy consumption in recent decades has led to major changes in the design of autonomous electrical systems dedicated to either electrical or electronic applications. The present demand to build generators capable of delivering sufficient energy, with a guarantee of maximum safety, requires to explore new storage routes. The current lithium battery routes tend to show their limits, both strategic and environmental. In this context, the construction of new electrochemical systems implementing sodium opens the way of the lithium-free accumulators production. The need for ever more efficient batteries requires innovative designs, giving up the liquid path in favor of stronger solid systems. In addition, the miniaturization of electronics leads to a review of the size of the batteries, to micro-type batteries, for which the interest of a solid stack is no longer to demonstrate. Today, sulfur chalcogenide glasses allow access to ionic conductivities that suggest the possibility of a realization of all solid batteries, both in the form of micro batteries or massive batteries. A research effort has been made to formulate these chalcogenide glasses in order to obtain a maximum of ionic conductivity and properties allowing their use as electrolytes. The composition of these glasses highlights the interest of the different elements for such properties. The study of the electrolyte shaping by thin-film deposition (obtained by Radio Frequency Magnetron Sputering, RFMS) proves the feasibility of these all-solid sodium micro-batteries. Subsequently, the realization of massive all solid batteries required the synthesis of two cathode materials (NaCrO2 and Na [Ni0.25Fe0.5Mn0.25]O2) and two anode materials (Na15Sn4 and Na) thus allowing the implementation of four electrochemical stacks, all characterized as accumulators. Finally, the improvement of the interfaces thanks to a gel-polymer made it possible to improve the properties of the assemblies with notably an increase of the speeds of charge / discharge and an enhanced mobilization of the cathode active materials

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Navallon, Guillaume. "Caractérisation d'électrolytes composites pour batteries tout-solide par diffusion de neutrons et rayonnement synchrotron." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2023. http://www.theses.fr/2023GRALY087.

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Abstract:

La technologie lithium-ion atteint ses limites pour les applications de stockage d’énergie dans la mobilité électrique. En effet, les hautes densités d’énergie ainsi que les standards de sécurité requis par le marché sont difficilement atteignables avec les matériaux utilisés actuellement. En théorie, ces limitations peuvent être dépassées en utilisant du lithium métallique comme électrode négative, ce qui augmenterait la densité d’énergie de la cellule électrochimique mais exigerait un moyen de prévenir la pousse dendritique. Dans ce contexte, les électrolytes polymères sont des matériaux prometteurs puisque leur nature solide pourrait faire obstacle à cette pousse dendritique. Cependant, leur conductivité ionique reste insuffisante en pratique. Dans certaines conditions, préparer un composite en ajoutant une petite quantité de charges dans l’électrolyte polymère permet d’améliorer sa conductivité. Des études attribuent cet effet aux interactions bénéfiques à l’interface entre les charges et le système polymère-sel de lithium. D’autres études, à une échelle plus large, mettent en évidence une modification de la mobilité des chaînes de polymère en présence de charges. Ensemble, ces résultats suggèrent que les charges créent autour d’elles des régions de conduction rapide, ce qui à l’échelle macroscopique peut améliorer la conductivité de l’électrolyte.Dans cette thèse, nous cherchons à comprendre la contribution relative de ces effets à la conductivité globale, afin de clarifier le rôle des charges ajoutées dans un électrolyte polymère. Notre système d’étude se compose de poly(triméthylène carbonate) (PTMC) et de LiTFSI, dans lequel des particules d’alumine sont incorporées en quantité variable. Nous avons choisi trois types de particules dont la morphologie et les phases cristallines sont différentes. Pour étudier les effets des charges à plusieurs échelles, nous avons combiné des caractérisations en laboratoire et aux grands instruments. Les propriétés de transport ioniques des électrolytes ont classiquement été évaluées par des techniques électrochimiques. La microstructure des composites a été sondée par imagerie-X à contraste de phase et par diffusion de rayonnement - rayons-X et neutrons - aux petits angles. Plusieurs paramètres microstructuraux pertinents ont été identifiés, et quantifiés, puis mis en corrélation avec les propriétés de transport de l’électrolyte. Nous avons montré que la densité d’hydroxyles en surface des particules par volume d’électrolyte, est multipliée par deux selon le type de charge utilisé, et que ce paramètre est lié à l’état d’agglomération des particules et à l’homogénéité de leur dispersion. Cette étude structurale est accompagnée d’une étude de la dynamique du PTMC à l’échelle moléculaire par diffusion quasi-élastique de neutrons (QENS). Nous avons montré que la mobilité intrinsèque du PTMC est entravée par la présence de sel de lithium, tandis qu’en présence d’alumine les chaînes polymères retrouvent une mobilité locale. A l’échelle temporelle caractéristique de plusieurs centaines de picosecondes, le temps de relaxation de la dynamique est divisé par deux en présence de charges.L’ensemble des caractérisations menées nous permet de discuter l’effet de charges inertes sur les propriétés de transport ionique d’un électrolyte à base de PTMC. Dans un électrolyte composite, la présence de charges induit plusieurs effets qui se combinent et dont la résultante complexe dépend de plusieurs facteurs. Nous avons démontré que l’ampleur des interactions à l’interface entre particules et polymère tout comme les variations de mobilité locale du polymère sont en corrélation avec les changements des propriétés de transport de l’électrolyte. La compréhension de ces mécanismes constitue une étape importante dans le but d’optimiser la formulation de composite pour produire des électrolytes plus performants
State-of-the-art lithium–ion technology is reaching its limits regarding applications as energy storage devices for electric mobility. In fact, both high energy density and safety standards requested by the market are hardly attainable with the actual materials and components. In theory, the current limitations could be overcome by the use of metallic lithium as the negative electrode, which would increase the energy density of the cell but would also require a mean to prevent lithium dendritic growth. In this context, polymer electrolytes are promising materials as their solid state could hinder the dendritic growth. Nevertheless, in practice, they still lack sufficient ionic conductivity. It has been reported that, in some conditions, the fabrication of composite material by adding fillers inside a polymer electrolyte can enhance the ionic conductivity. Some studies attributed this effect to beneficial interactions occurring at the interface between fillers and the polymer-lithium salt system. Other studies, on a larger scale, highlighted modifications of the polymer mobility in presence of filler. Together, these results suggest that fillers create faster conduction pathways surrounding them, which on a macroscopic scale could enhance the electrolyte conductivity.This thesis work aims at understanding the contribution of these effects on the transport properties, in order to clarify the role of fillers added inside a polymer electrolyte. The system under investigation is an electrolyte based on poly(trimethylene carbonate) (PTMC) and LiTFSI, inside which we mixed different proportion of alumina particles. We selected three kind of particles with different morphologies and crystalline phases. In order to study the impact of fillers at multiple scales, we combined characterizations in lab and at large-scale facilities. The ionic transport properties were studied by electrochemical techniques. The composite microstructure was probed by phase contrast X-ray imaging and small angle scattering - X-rays and neutrons. Several relevant microstructural parameters were identified, quantified, and then correlated with the properties of ion transport of the electrolyte. We showed that the density of hydroxyls on the surface of particles for a given volume of electrolyte could be increased two-fold depending on the filler type, and that this parameter is linked to the state of agglomeration of fillers and the homogeneity of their dispersion. This structural study is supplemented by a study on the dynamics of PTMC at the molecular scale by quasi-elastic neutron scattering (QENS). Our results show that the presence of lithium salt hinders the intrinsic mobility of PTMC, while in presence of alumina, the PTMC polymer backbone recovers a local mobility. At typical timescales of hundreds of picoseconds, relaxation times are divided by a factor two in presence of fillers.All the characterization conducted shed light on the impact of inert filler on the transport properties of polymer electrolyte. Inside a composite electrolyte, the presence of filler induce multiple effects that combine and the complex outcome depend on multiple factors. We showed that the extent of interactions at the interface between particles and polymer as well as variations in the local mobility of polymer correlate with changes in the ionic transport properties of the electrolyte. The understanding of these mechanisms establish an important step toward the optimization of composite formulation for the production of better performing composite electrolytes

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Rocher, Valérie. "Contribution au développement de capteurs tout solide pour la mesure du pH en milieu marin." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://www.theses.fr/1993ECDL0025.

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Abstract:

Le but de cette these s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux capteurs pour la mesure in-situ du ph en milieu marin. Les caracteristiques offertes par des systemes electrochimiques tels que les isfets(ion sensitive field effect transistor) sont particulierement interessantes : petite taille et facilement integrables, faible impedance, faible consommation d'energie et de produits de calibration, importante resistance a la pression. Ce travail concerne la realisation d'une nouvelle technologie silicium pour les isfets afin de minimiser les problemes de duree de vie. Deux caracteristiques importantes ont ete modifiees : la longueur du composant et l'encapsulation effectuee par photolithographie. Le second objectif est le depot de membranes sensibles au ph (oxynitrure de silicium, nitrure de silicium) dont les surfaces sont constituees en majorite de sites sinh#2 ; ces sites pourront etre greffes afin d'obtenir une membrane insensible au ph pour la realisation du refet (reference field effect transistor). Enfin, le dernier objectif est de travailler en mesure differentielle entre un isfet ph et un refet de maniere a minimiser les effets interferents. Ainsi, nous avons pu montrer qu'il est possible de deposer ces differents materiaux sans endommager la structure des composants. La reponse au ph obtenue est quasinernstienne et la duree de vie est de plusieurs mois

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Hajndl, Ognjen. "Batterie tout solide pour application automobile : processus de mise en forme et étude des interfaces." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI026/document.

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Abstract:

Les attentes pour les prochaines générations de batteries pour le véhicule électrique sont grandes, que ce soit en termes d’autonomie, d’impact environnemental, de vitesse de charge et de coût. Les systèmes dits tout solide comprenant un électrolyte, non plus liquide, mais solide et non-inflammable pourrait répondre à ces attentes.La céramique de type grenat Li7La3Zr2O12 (LLZO) est un électrolyte solide prometteur au vue de sa bonne conductivité, stabilité chimique et électrochimique. La contrainte majeure réside dans le besoin de densifier la céramique à haute température afin de la rendre conductrice. Aucune méthode standard d’assemblage/mise en forme n’existe pour obtenir une cellule tout solide dense avec des interfaces peu résistives.Dans cette optique, les travaux de thèse ont permis d’optimiser le protocole de synthèse par voie « tout solide » de l’oxyde LLZO et sa mise en forme grâce à la technique de compression uniaxiale à chaud (CUC). Les conditions d’assemblage de cellules symétriques Li/LLZO/Li ont permis d’étudier l’interface Li-métal/LLZO et son impact sur la dissolution/redéposition du lithium. La faisabilité de densifier une « demi-cellule » (cathode composite/LLZO) en une seule étape a également été étudiée en ajustant les paramètres de température et pression du protocole de CUC
Next generation batteries expectations for electric vehicle are significant, whether in terms of autonomy, environmental impact, charging speed and cost. The all solid-state batteries with a non-flammable solid electrolyte, rather than the conventional liquid one, could meet those criteria.Garnet-type ceramic Li7La3Zr2O12 (LLZO) is a promising solid electrolyte given its good Li-ion conductivity, chemical and electrochemical stability. The major constraint is the need to densify the ceramic at high temperature in order to make it conductive. No standard method exists to build a dense all-solid cell with low interfacial resistance.In this context, the PhD work managed to optimize the solid-state synthesis protocol of the LLZO oxide and his densification by the hot-pressing technique. The conditions of symmetrical Li/LLZO/Li cell assembly allowed to study the Li-metal/LLZO interface and its impact on lithium plating/striping behavior. Feasibility of densifying a “half-cell” (composite cathode/LLZO) in one single step was also studied by adjusting the hot-pressing temperature and pressure parameters

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Larfaillou, Séverin. "Application de la spectroscopie d’impédance électrochimique à la caractérisation et au diagnostic de microbatteries tout solide." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112030/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer la caractérisation et le diagnostic non destructif de microbatteries « tout solide » par spectroscopie d’impédance électrochimique. Ces travaux s’appuient sur des microbatteries commerciales EnFilmTM EFL700A39, basées sur une architecture lithium métal Li/LiPON/LiCoO2. La caractérisation unitaire des couches actives, constituant ces microbatteries, a permis d’une part, d’identifier les principales propriétés de transport des ions Li+ dans l’électrolyte solide, et d’autre part, a permis de mettre en avant la présence de zones plus ou moins conductrices dans la couche active LiCoO2, pouvant engendrer des limitations électroniques et/ou ioniques lors du fonctionnement de la microbatterie. L’étude des microsystèmes complets par spectroscopie d’impédance électrochimique a ensuite été effectuée en fonction du taux de lithiation de l’électrode positive, du nombre de cycles, et du vieillissement calendaire de la microbatterie. Les résultats obtenus ont donné naissance à un circuit électrique équivalent permettant de modéliser le comportement (souvent indépendant) des différentes couches actives durant l’utilisation d’une microbatterie. Cette modélisation permet en outre de cibler les origines éventuelles de défaillances, soit après la fabrication, soit au cours du vieillissement d’une microbatterie. Les travaux additionnels effectués sur des systèmes lithium free (LiCoO2/LiPON/Cu) révèlent, quant à eux, une forte interaction électrochimique entre le lithium et le collecteur de cuivre (partiellement oxydé) et mettent en évidence l’importance capitale des premiers cycles de la cellule pour ses performances ultérieures
The goal of this work is to develop characterization and non-destructive diagnosis of all-solid-state lithium microbatteries, essentially by means of electrochemical impedance spectroscopy. This work is based on commercial microbatteries EnFilmTM EFL700A39, built with the lithium metal architecture Li/LiPON/LiCoO2. Firstly, the elemental characterization of active layers allowed us to identify the main properties of the ionic motion in the solid electrolyte layer. Secondly, characterization of the positive electrode (LiCoO2) revealed the existence of more or less conductive areas inside the layer. Theses areas can cause ionics or electronics limitations during battery operation. The study of the entire microsystems by electrochemical impedance spectroscopy was then performed according to lithiation rate (SOC), number of cycles, and battery aging. The results obtained allowed the building of an electrical equivalent circuit for modeling the behaviour of the different active layers of a microbattery in use. This model also allows targeting the origins of any failures after manufacturing or upon microbattery aging. Additional works on lithium free systems (LiCoO2/LiPON/Cu) reveals a strong electrochemical interaction between in situ deposited lithium and copper current collector (partially oxidized) and highlight the critical importance of the very first cycles of the cell for subsequent performance

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Dussart, Thibaut. "Batterie lithium tout solide : augmentation de la densité de courant critique et procédé innovant de fabrication." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS396.

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Abstract:

Le premier axe de cette étude a porté sur l’augmentation de la densité de courant critique atteignable dans des cellules symétriques par la modification des certains paramètres comme la microstructure, l’interface avec le lithium ou encore la pression exercée. Nous avons montré qu’une pression exercée sur les cellules, même faible, modifie l’interface entre l’électrolyte solide et le lithium même dans le cas d’électrolyte à base d’oxyde ; une amélioration de l’ASR est observée lorsque la pression est augmentée. Une ASR aussi faible que 5 Ω.cm2 a été obtenue et une densité de courant critique de 350 µA.cm-2 a ainsi été atteinte. Le deuxième axe de ce travail a porté sur l’étude, la mise en place et l’optimisation d’un procédé de frittage permettant une densification à basse température (120 °C) : le frittage à froid. Les processus de dissolution/précipitation sont rendus possible par l’ajout d’une phase liquide qui s’évapore en partie lors du frittage et par l’application d’une pression de plusieurs centaines de MPa. Nous avons montré que l’électrolyte solide LLZO peut être densifié en ajoutant du DMF comme phase liquide. La conductivité mesurée sur l’électrolyte peut être améliorée par l’ajout d’environ 4% en masse d’un mélange polymère/sel de lithium. Ainsi, une conductivité de 2,2 × 10-4 S.cm-1 peut être obtenue à 25°C. Ensuite nous avons montré qu’une température aussi faible que 120°C permet de co-fritter le LLZO et un matériau d’électrode sans la formation de phase secondaire
The first axis of this study focused on the increase in the critical current density achievable in symmetrical cells by modifying certain parameters such as the microstructure, the interface with lithium, or the pressure evaluated. We have shown that even a low pressure on the cells modifies the interface between the solid electrolyte and lithium even in the case of an oxide-based electrolyte; an improvement in ASR is observed when the pressure is increased. An ASR as low as 5 Ω.cm2 has been obtained and a critical current density of 350 µA.cm-2 has thus been achieved. The second axis of this work focused on the study, implementation, and optimization of a sintering process allowing densification at low temperature (120 °C): the cold sintering process. The dissolution/precipitation processes are made possible by the addition of a liquid phase that partly evaporates during sintering and by the application of a pressure of several hundred MPa. We have shown that LLZO solid electrolyte can be densified by adding DMF as the liquid phase. The conductivity measured on the electrolyte can be improved by adding about 4% by weight of a polymer/lithium salt mixture. Thus, a conductivity of 2.2 × 10-4 S.cm-1 can be obtained at 25 ° C. Then we showed that a temperature as low as 120 ° C allows LLZO and an electrode material to co-sinter without the formation of a secondary phase

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Tintignac, Sophie. "Étude structurale et électrochimique de films de LiCoO2 préparés par pulvérisation cathodique : application aux microaccumulateurs tout solide." Phd thesis, Université Paris-Est, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00461688.

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Abstract:

Au cours de ce travail de thèse, nous avons mis au point un procédé d'élaboration reproductible de films minces de LiCoO2 par pulvérisation cathodique radio fréquence. L'étude paramétrique nous a permis de déterminer les conditions de dépôt optimales ainsi que les conditions de traitement thermique post-dépôt les plus adaptées afin d'aboutir aux meilleures propriétés électrochimiques pour ces électrodes. Une fois optimisés, les films minces ont été étudiés en électrolyte liquide et nous avons notamment évalué l'influence sur les performances électrochimiques de l'épaisseur du film, de la densité de courant employée, ainsi que des bornes de potentiel utilisées. Nous avons mis en évidence un excellent comportement des films sur une large gamme d'épaisseurs et régimes. La capacité obtenue pour un film de 3,6 µm à 10 µA.cm-2 est de 240 µAh.cm-2. Une étude par microspectrométrie Raman permet de montrer que les changements structuraux induits par les processus électrochimiques sont mineurs et limités à une élongation réversible des liaisons Co-O dans l'axe d'empilement. L'intégration d'un film de 450 nm d'épaisseur dans un microaccumulateur tout solide (LiCoO2/LiPON/Li) a confirmé les excellents résultats obtenus en électrolyte liquide avec une capacité de 25 µAh.cm-2. Là encore, le comportement du film reste inchangé pour des densités de courant élevées allant jusqu'à 800 µA.cm-2. Le cyclage du microaccumulateur à 10 µA.cm-2 a été maintenu pendant plus de 800 cycles sans perte notable de capacité. Pour la première fois on démontre que des films minces de LiCoO2 élaborés par pulvérisation cathodique et recuits à 500°C peuvent être utilisés dans un microaccumulateur au lithium tout solide avec des performances proches de la théorie

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Hallot, Maxime. "Micro-batteries tout solide en technologie Li-ion sur substrats Silicium planaires et tridimensionnels pour objets connectés." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I115.

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Abstract:

La miniaturisation des appareils connectés (Internet des objets, IoT) s'accompagne d'une réduction de l'espace pour les systèmes de stockage de l'énergie conventionnels (piles et batteries). Pour pallier à ce problème et pouvoir étendre de larges réseaux de capteurs communicants, il est indispensable de repenser l'architecture des micro-batteries en passant par des configurations 3D tout solide en technologie Lithium-ion. L'objectif de ces travaux est de synthétiser des matériaux de batteries par des techniques de dépôt couches-minces pouvant convenir à ces architectures tridimensionnelles: le dépôt par couche atomique (ALD). La synthèse s'accompagne de techniques de caractérisations avancées des matériaux de batteries permettant de remonter aux propriétés électrochimiques et structurales des éléments de la batterie
Miniaturized sensors for Internet of Things (IoT) application is in expansion since the last 10 years. All solid-state lithium-ion battery is a promising candidate. Nevertheless, in spite of high technological readiness level, planar micro-batteries suffer from a lack of energy density meaning that it is necessary to develop new architectures to fullfill the performances requirements. 3D structures is needed for such application and this work is focused on the synthesis of positives electrodes with high storage capacity and high operating voltage by Atomic layer deposition (ALD). In the frame of this work,we will rely structurals and electrochemicals properties by differents characterisations techniques for batteries materials

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Tintignac, Sophie Pereira-Ramos Jean-Pierre. "Étude structurale et électrochimique de films de LiCoO2 préparés par pulvérisation cathodique application aux microaccumulateurs tout solide /." S. l. : Paris Est, 2008. http://doxa.scd.univ-paris12.fr:80/theses/th0494704.pdf.

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Ravet, Nathalie. "Développement et caractérisations de constituants d'un système électrochrome tout solide : photo-électrochimie aux interfaces WO3/électrolyte polymère." Grenoble INPG, 1994. http://www.theses.fr/1994INPG0150.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre du contrat europeen brite euram nomme fredops visant a l'elaboration de fenetres electrochromes tout solide, a reponse rapide, sur substrat plastique. Ces fenetres sont des systemes protoniques, nous les avons etudies sous deux aspects. D'une part, nous avons modifie par reticulation ionique une famille deja connue d'electrolytes polymeres anhydres a conduction protonique obtenus par dissolution d'acide orthophosphorique dans un polymere, la polyethylenimine branchee (bpei), dans le but principalement d'en ameliorer les proprietes mecaniques. Ces nouveaux electrolytes ont ete caracterises en termes de proprietes optiques, de stabilite thermique et electrochimique, de conductivite et de tenue mecanique. Cette etude a permis de definir la composition de l'electrolyte repondant au mieux au cahier des charges du projet fredops. Par ailleurs, une etude du mecanisme de conduction ionique est presentee, et une nouvelle approche proposee. D'autre part, nous presentons une etude originale par photo-electrochimie de l'interface entre un materiau electrochrome wo3 et un de nos electrolytes polymeres, de plusieurs echantillons de wo3 realises par pulverisation cathodique sur un substrat de plastique souple recouvert d'ito. Nous montrons que la mesure et l'exploitation de la reponse photo-electrochimique en lumiere monochromtique de ce type d'interface sont possibles. Les photo-caracteristiques en potentiel sont examinees notamment sous l'angle de la relation possible entre proprietes semi-conductrices et electrochromiques de wo3. L'etude des photo-caracteristiques en longueur d'onde a revele une modification de l'ito induite par le depot de wo3, prejudiciable au bon fonctionnement des systemes electrochromes

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Quemin, Elisa. "Exploring solid-solid interfaces in Li6PS5Cl-based cathode composites for all solid state batteries." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS501.

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Abstract:

Les technologies de stockage énergétiques jouent un rôle crucial en accommodant le caractère intermittent des énergies renouvelable. Actuellement, les batteries lithium-ion prédominent le marché des appareils portables. Cependant, pour les véhicules électriques, des avancées sont nécessaires en termes de sécurité et de densité énergétique, conduisant à l'exploration de nouvelles technologies de batterie, notamment les batteries tout-solide. Cette thèse se concentre sur les obstacles entravant l'application pratique de ces batteries tout-solide, en mettant particulièrement en lumière le rôle des composites cathodes. L'attention s'est portée sur un composite couramment utilisé, composé de Li6PS5Cl comme électrolyte solide (SE) associé à un matériau actif de type NMC. Les mécanismes de dégradation se révèlent être influencés par deux interfaces : SE/additif carbone et SE/AM (matériau actif). Le cyclage en dessous de 3,6 V par rapport au Li-In/In montrent que la dégradation prédominante provient de l'interface SE/additif carbone, tandis qu'à 3,9 V, l'interface SE/AM devient le principal foyer de dégradation. A partir de là, l'effet des additifs de carbone dans le composite a été minutieusement étudié. Ainsi, une concentration de plus de 2 % en poids de VGCF a un impact négatif sur la conduction ionique des composites. De plus, une analyse in situ de la conductivité électronique des composites sans carbone révèle des changements induits par l'insertion/désinsertion du lithium dans le transport électronique, avec une réduction de la conductivité électronique à états de charge élevés, en particulier dans les NMC riches en nickel. Globalement, les résultats indiquent qu'une faible quantité d'additif carbone peut avoir des avantages significatifs, à condition que les réactions chimiques soient maitrisées. Ainsi, des stratégies minimisant les pertes de capacité à long terme ont été explorées, en examinant des paramètres tels que la pression d'assemblage, le loading, les cycles de formation, la température et les coating carbonate. En fusionnant les conditions optimales, un composite de cathode optimisé est présenté, ouvrant la voie à des avancées prometteuses dans la technologie des batteries tout-solide
While Lithium-ion batteries dominate portable devices, growing safety and energy density demands in electric vehicle batteries have led to the exploration of "beyond Li-ion" technology. All-Solid-State Batteries (ASSBs) have emerged as a promising alternative to Li-ion batteries. Thus, this doctoral research focuses on overcoming challenges hindering the practical implementation of ASSBs, with a specific emphasis on cathode composites. The investigation revolves around a common composite comprising Li6PS5Cl solid electrolyte (SE) and NMC active material (AM). The research unveils the degradation mechanisms within ASSBs, governed by SE/Carbon additive and SE/AM interfaces. It is observed that capacity deterioration, occurring below 3.6 V vs. Li-In/In, is primarily attributed to SE/Carbon interfaces. Conversely, elevating the voltage to 3.9 V shifts the primary degradation source to SE/AM interfaces. Then, the adverse effects of carbon additives on the ionic conduction of composites are demonstrated, particularly when exceeding 2 wt. % VGCF. Moreover, the study delves into the electronic conductivity of carbon-free composites using innovative in situ monitoring. This reveals Li-induced alterations hindering electronic conductivity, especially at high charge levels, notably in high Ni-content NMC. Furthermore, the influence of particle size and morphology on electronic percolation is extensively examined, advocating for minimal VGCF to enhance kinetics and stability. Strategies for effectively incorporating carbon additives while mitigating long-term capacity loss are explored, encompassing assembly pressure, loading, formation cycles, temperature, and carbonate coating. By mixing these optimal conditions, an enhanced cathode composite is introduced, holding promising potential for the progression of All-Solid-State Battery technology

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Cozic, Solenn. "Étude des propriétés électriques et structurales de verres de sulfures au lithium pour électrolytes de batteries tout-solide." Thesis, Rennes 1, 2016. http://www.theses.fr/2016REN1S054/document.

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Abstract:

Le marché du stockage de l'énergie est en perpétuelle expansion, tant pour les applications nomades que fixes. Afin de répondre aux exigences requises pour les diverses applications (appareils électroniques, véhicules hybrides et électriques, stockage des énergies renouvelables…), des batteries toujours plus performantes, compactes et légères doivent être développées. Pour cela, les batteries utilisant du lithium métallique en tant qu'anode sont les plus attractives en termes de densités d'énergies. Néanmoins, l'utilisation d'électrolytes liquides conventionnels, généralement des solvants organiques inflammables, dans de tels dispositifs soulève des problématiques de sécurité. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent l'étude de matériaux vitreux pouvant être utilisés en tant qu'électrolyte solide afin de permettre le développement de batteries tout-solide sûres et performantes. Des verres de sulfures au lithium, attractifs pour leurs propriétés de conduction ionique, sont étudiés et caractérisés. Les propriétés de conduction ionique dans les verres étant toujours mal comprises et sujettes à controverses, l'analyse structurale des verres présente ici un réel intérêt pour une meilleure compréhension des corrélations entre structure et propriétés. Un effort de recherche a donc été porté sur l'étude de l'ordre local dans les verres préparés via différentes techniques d'analyse structurale complémentaires. Enfin, les matériaux vitreux, sont de manière générale relativement faciles à mettre en forme. Les verres étudiés dans ce manuscrit peuvent alors également être utilisés en tant qu'électrolytes sous forme de couches minces dans les micro-batteries. Des premiers essais de dépôts par pulvérisation cathodique RF magnétron de couches minces conductrices ont donc été effectués et constituent la première brique à la fabrication de micro-batteries
The energy storage market is in constant growth for both portable and stationary applications. To satisfy the requirements of various applications (electronic devices, hybrid-electric vehicles, renewable energy storage…), always more efficient, more compact and lightweight batteries have to be developed. Then, thanks to their high energy densities, batteries using Li metal anodes are the most promising to complete this challenge. However, the use of conventional liquid electrolytes raises safety issues, mainly related to the flammability of the organic liquid. In this thesis, glassy materials, exhibiting great interest towards developing solid electrolytes are considered and might enable the development of safe and efficient all-solid-state batteries. Here, Li-sulfide glasses, attractive for their ionic conduction properties, have been studied and characterized. The ionic conduction properties of glasses are still misunderstood and controversial, the structural investigation of glasses is of great interest in order to get a better understanding of structure-properties relationship. Then, the short and intermediate range order of prepared glasses have been investigated by the mean of various complementary structural analysis techniques. Finally, glassy materials are usually quite easy to shape. Thus, studied glasses in this thesis can also be used as thin-film electrolytes in microbatteries. First tests of sputtering of conducting thin-films have been performed by RF magnetron sputtering and constitute a first step in order to design microbatteries

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Morin, Pierrick. "Etude des propriétés d’électrolytes solides et d’interfaces dans les microbatteries tout solide : Cas du LiPON et des électrolytes soufrés." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI003/document.

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Abstract:

Le couplage de la spectroscopie d’impédance électrochimique(EIS) et de la spectroscopie photoélectronique à rayonnement X(XPS) a permis d’étudier en profondeur le lien entre la structure etles propriétés électrochimiques d’électrolytes solides en couchesminces, ainsi que de l’interface formée avec le matériau d’électrodepositive LiCoO2. L’incorporation d’azote dans la structure duLiPON, électrolyte solide de référence dans les microbatteries, estcaractérisée par la formation de lacunes de lithium et d’oxygènesfavorables au transport des ions lithium. Un électrolyte solideLiPOS a été développé par pulvérisation cathodique radiofréquencevia l’incorporation de soufre dans la structure initiale Li3PO4. Laprésence d’une interface solide/solide entre le LiPON et LiCoO2 estcaractérisée par une réduction partielle du cobalt et une oxydationdu LiPON à son voisinage, vraisemblablement responsable del’augmentation de la résistance de transfert de charges entre lesdeux matériaux
The link between the structure and the electrochemicalproperties of thin-film electrolytes and the interface formed withthe cathode material LiCoO2 has been intensively studied bycoupling Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and X-rayPhotoelectron Spectroscopy (XPS). Nitrogen incorporation intoLiPON, reference solid-state electrolyte for microbatteries, ischaracterized by the formation of lithium and oxygen vacancies,increasing the lithium ions transport. A sulfide based thin filmelectrolyte called LiPOS has been developed by radiofrequencysputtering, with the incorporation of sulfur into the initial Li3PO4structure. The solid/solid interface between LiPON and LiCoO2 ischaracterized by a partial reduction of cobalt and oxidation ofLiPON, which is in all probability responsible of the increase of thecharge transfer resistance between the two materials

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Hennequart, Benjamin. "Engineering Strategies to Improve All-Solid-State Battery Performance under Low-Pressure Conditions." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS638.

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Abstract:

Avec le développement croissant des énergies renouvelables et des véhicules électriques, les batteries lithium-ion sont considérées comme un élément clé dans un avenir décarboné. Néanmoins, pour répondre à ce besoin, des avancées majeures sont encore nécessaires en matière de densité énergétique et de sécurité. Les batteries tout-solide sont donc apparus comme une alternative prometteuse aux batteries traditionnelles contenant des liquides. Néanmoins, la mise en œuvre de cette technologie rencontre des défis majeur, en particulier la pression élevée nécessaire pour le fonctionnement qui empêche l'utilisation du lithium métal en tant qu’électrode négative qui est pourtant essentielle pour atteindre les hautes densités énergétiques souhaitées. Ainsi, cette thèse se concentre sur le défi associé à la pression de fonctionnement des batteries solides au travers de deux stratégies. Tout d'abord, en utilisant une électrode composite conventionnelle, nous exploitons la stabilité chimique et électrochimique accrue et la faible dureté des électrolytes solides à base d’halogénures pour faciliter le fonctionnement à basse pression tout en permettant l’utilisation des matériaux d’électrode à haut potentiel. Deuxièmement, comprenant que les interfaces dans les électrodes composites représentent un problème central, nous utilisons ensuite le concept d'électrode dépourvue d’électrolyte solide. Ce concept implique le développement d'une électrode qui fonctionne sans nécessiter l’ajout d’un conducteur ionique. Il en résulte une augmentation de la densité énergétique et une simplification des interfaces dans l'électrode. En somme, ces deux stratégies permettent un fonctionnement des batteries tout-solide à des pressions aussi basses que la pression atmosphérique, ouvrant ainsi la voie à la mise en œuvre de l'anode en lithium
As the global shift towards renewable energy sources and electric vehicles gains momentum, lithium-ion batteries (LIBs) are seen as a building block of a decarbonised future. To meet the growing need for higher energy density and safety, all-solid state batteries (ASSBs) have emerged as a promising alternative to traditional liquid-based LIBs. Nonetheless, the implementation of ASSBs faces challenges in many aspects, notably the high operating pressure required for cycling, which prevents the use of the high capacity lithium metal anode crucial for achieving the desired energy density. Thus, this doctoral research is dedicated to addressing the challenge of operating pressure in ASSBs through two key strategies. Initially, utilising a conventional composite electrode, we capitalised on the enhanced chemical and electrochemical stability of halide-based solid electrolytes as well as their low hardness to enable low pressure cycling while accommodating high potential cathode active materials. Secondly, recognising that interfaces in composite electrodes represent a central issue in ASSBs, we utilised the concept of the solid-electrolyte-free electrode. This concept involves the development of an electrode that operates without the need for an additional ionic conductor. The outcome is an increase in energy density and a reduction in the complexity of electrode interfaces. Altogether, both of these strategies enabled cycling at pressures as low as atmospheric pressure and therefore enabled us to attempt the implementation of the lithium metal anodes

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Morel, Bertrand. "Elaboration et étude de films à propriétés électrochromes et d'électrodes transparentes : application à la réalisation de dispositifs électrochromes tout solide." Bordeaux 1, 1991. http://www.theses.fr/1991BOR10626.

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Laforge, Benjamin. "Etude et développement de couches minces de germanium pour une utilisation comme électrode négative dans des microaccumulateurs Li-ion." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2006. http://www.theses.fr/2006INPL100N/document.

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Abstract:

AParmi les différentes sources d’énergie, les microaccumulateurs tout solide au lithium sont de bons candidats pour l’alimentation de systèmes miniaturisés. Afin d’outrepasser les limitations actuelles de ces microsources, les films minces de germanium sont prometteurs comme matériau d’électrode négative de par leurs meilleures stabilités chimique et thermique, comparées à celles du lithium métal. Ce travail de thèse a consisté à développer et à optimiser le procédé de synthèse par pulvérisation cathodique magnétron d’électrodes de germanium en couches minces, dont les propriétés physiques ont été mises en relation avec les performances électrochimiques. L’analyse du comportement électrochimique en régime et sur la tenue en cyclage a mis en évidence l’influence de la morphologie et du dopage des films de germanium. Malgré d’importantes variations volumiques de l’électrode, une étude a permis de montrer la faisabilité d’une intégration de ces couches minces dans des microaccumulateurs tout solide Ge pré-lithié/ LiPON/ Li par des procédés basse température (compatibles Above IC). Avec ce type d’empilement, une capacité spécifique élevée de 50 µAh/cm² (» 800 µAh/cm².µm) a été maintenue sur une quarantaine de cycles sous 10 µA/cm². Diverses propositions ont été envisagées afin d’accroître la cyclabilité de ces dispositifs et de permettre la réalisation de microaccumulateurs Li-ion pour des applications en microélectronique
Among the different energy sources, all solid state lithium microbatteries are the most promising candidates for the alimentation of miniaturised systems. In the aim of overcoming the current limitations of these micro power sources, germanium thin films prove to be a promising material as a negative electrode, due to their better chemical and thermal stability in comparison with metallic lithium. This PhD work was devoted to the development of germanium electrode coatings and the optimisation of their synthesis by magnetron sputtering. Their physical properties have been correlated to their electrochemical performances. The influence of the morphology and doping of the films on their electrochemical behaviour at different current densities and on the cyclability was established. Despite huge volumic variations of the electrode, this study showed the feasibility of integrating these films in Ge lithiated/ LiPON /Li microbatteries deposited by low temperature processes (Above IC compatibility). With this stack configuration, a stable specific capacity of 50 µAh/cm² (» 800 µAh/cm².µm) has been maintained during forty cycles. Different solutions have been suggested to improve the cyclability of all solid state microbatteries and the techniques used for directly depositing them on the electronic microcomponents

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Laroche, Mathieu. "Matériaux dopés Ce3+ et Pr3+ pour laser UV accordable tout-solide : croissance cristalline, spectroscopie dans les états excités des ions, fonctionnement laser." Phd thesis, Université de Caen, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009736.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude des ions Ce3+ et Pr3+ dans des monocristaux de fluorures et d'oxydes pour une émission laser accordable dans le domaine UV basée sur la transition vibronique 5d - 4f. Il s'agit d'étudier le fonctionnement laser de l'ion Ce3+ dans les cristaux de LiLuF4 et LiYF4 puis d'explorer d'autres systèmes dopés avec les ions Pr3+ ou Ce3+. Après une brève description de la technique Czochralski utilisée pour synthétiser les cristaux de fluorures et un rappel de leurs propriétés optiques et structurales, le premier chapitre présente l'effet du champ cristallin sur les niveaux d'énergie de la configuration 4f5d ainsi que les propriétés spectroscopiques liées aux transitions interconfigurationelles 4fn ↑ 4fn-15d1. Le chapitre II est consacré à l'étude du fonctionnement laser de LiLuF4:Ce3+ ainsi qu'à des mesures de gain et de perte dans les cristaux de LiYF4:Ce3+ et LiLuF4:Ce3+ afin de déterminer les facteurs qui limitent le rendement laser de ces matériaux. Des simulations numériques sont également décrites afin de calculer le gain et le rendement laser de ces systèmes. Le chapitre III porte sur l'étude expérimentale et théorique des niveaux d'énergie de la configuration 4f5d de l'ion Pr3+ en vue d'un pompage par étapes. Un montage d'absorption dans l'état excité (AEE) permettant de sonder les niveaux 4f5d depuis des niveaux métastables de la configuration 4f2 est présenté. Les spectres enregistrés par cette technique sont par la suite interprétés à l'aide d'un modèle théorique prenant en compte l'effet du champ cristallin. Le chapitre IV présente les résultats expérimentaux et théoriques concernant le pompage par étapes de l'ion Pr3+ dans différents matériaux. Un transfert d'énergie Pr3+ - Ce3+ efficace est également démontré en vue d'utiliser l'ion Pr3+ comme sensibilisateur de l'ion Ce3+. Enfin, ce travail se termine par des mesures de gain, lesquelles se sont révélées positives dans le cas des phosphates YPO4:Ce3+ et LuPO4:Ce3+.

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Bharwal, Anil. "Cellules solaires à colorant tout solide composées d'une électrode de TiO2 à porosité hiérarchisée et d'un électrolyte polyliquides ioniques à matrice polysiloxane." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI007/document.

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Abstract:

DSSC est une technologie photovoltaïque de 3ème génération avec un fort potentiel économiquement et une efficacité importante de conversion des photons en électricité. Le DSSC à l'état solide à base d'électrolyte polymère solide prévient la perte et l'évaporation du solvant pendant la fabrication et le fonctionnement des cellules, ce qui prolongera efficacement la durée de vie de la cellule. Cependant, il souffre d'une faible conductivité ionique et d'une faible infiltration des pores.La présente thèse est dédiée au développement concomitant d'électrolytes polymères à base de polysiloxane d'un côté et de photoanodes TiO2 à porosité controlée de l'autre côté et leur incorporation dans des cellules solaires contrastants à l'état solide (ss-DSSC), dans le but d'améliorer leur efficacité photovoltaïque et la stabilité à long terme. À notre connaissance, les DSSC comprenant des couches de TiO2 bimodales et des électrolytes de polysiloxane n'ont jamais été rapportés.La conductivité ionique et le coefficient de diffusion des tri-iodures des liquides poly (ioniques) (PILs) à base de polysiloxane ont été largement améliorés par addition de liquides ioniques (ILs) ou de carbonate d'éthylène (EC), conduisant à des conductivités ioniques de l'ordre de 10-4 -10-3 Scm-1. Les DSSC fabriqués avec les électrolytes optimisés ont montré des rendements jusqu'à 6%, avec une stabilité à long terme pendant 250 jours.Des films de TiO2 bimodaux à double porosité (méso et macroporosité) ont été fabriqués par revêtement par centrifugation, en utilisant des modèles mous et durs. Les films à double matrice bénéficient d'une taille de pores accrue tout en maintenant une surface spécifique élevée pour l'adsorption de colorant. Les films bimodaux se sont révélés plus efficaces lorsqu'ils ont été testés avec des électrolytes polymères, ayant des efficacités comparables avec l'électrolyte liquide dans les DSSC, malgré une absorption plus faible de colorant.Cette thèse apporte une contribution significative dans le domaine des DSSC en tant que cellules solaires efficaces et stables qui ont été préparés à partir d'électrolytes polymères et de films bimodaux nouvellement synthétisés
DSSC is a 3rd generation photovoltaic technology with potential to economically harvest and efficiently convert photons to electricity. Full solid state-DSSC based on solid polymer electrolyte prevents the solvent leaking and evaporation during cell fabrication and operation, which will effectively prolong the cell life time. However, it suffers from low ionic conductivity and poor pore infiltration.The present thesis is dedicated to the concomitant development of polysiloxane-based polymer electrolytes on one side, and TiO2 photoanodes with tuned porosity on the other side, and their incorporation in solid state dye sensitised solar cell (ss-DSSCs), with the aim to improve their photovoltaic efficiency and the long term stability. To best of our knowledge, DSSCs comprising bimodal TiO2 layers and polysiloxane electrolytes have never been reported.The ionic conductivity and tri-iodide diffusion coefficient of the polysiloxane-based poly(ionic) liquids (PILs) were largely improved by adding of ionic liquids (ILs) or ethylene carbonate (EC), achieving ionic conductivities of 10−4 -10−3 Scm−1. The DSSCs fabricated with the optimized electrolytes showed efficiencies up to 6%, with long term stability for 250 days.Bimodal TiO2 films with dual porosity (meso- and macro-porosity) were fabricated by spin-coating, by using soft and hard templating. The dual templated films benefit from increased pore size while maintaining high surface area for dye adsorption. Bimodal films were shown to be more efficient when tested with polymer electrolytes, having comparable efficiencies with liquid electrolyte when in DSSCs, despite lower dye uptake.This thesis brings a significant contribution to the field of DSSCs as efficient and stable solar cells were prepared from newly synthesized polymer electrolytes and bimodal films

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Castillo, Adriana. "Structure et mobilité ionique dans les matériaux d’électrolytes solides pour batteries tout-solide : cas du grenat Li7-3xAlxLa3Zr2O12 et des Nasicon Li1.15-2xMgxZr1.85Y0.15(PO4)3." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX107/document.

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Abstract:

L’un des enjeux pour le développement des batteries tout-solide est d’augmenter la conductivité ionique des électrolytes solides. Le sujet de la thèse porte sur l’étude de deux types de matériaux d’électrolytes solides inorganiques cristallins: les Grenat Li7- 3xAlxLa3Zr2O12 (LLAZO) et les Nasicon Li1.15- 2xMgxZr1.85Y0.15(PO4)3 (LMZYPO). L’objectif de cette étude est de comprendre dans quelle mesure les propriétés conductrices des matériaux étudiés sont impactées par des modifications structurales générées soit par un procédé de traitement particulier, soit par une modification de la composition chimique, et ce grâce au croisement des données structurales acquises par diffraction des rayons X (DRX) et Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) MAS avec des données de dynamique des ions déduites de mesures de RMN en température et de spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE).Les poudres ont été synthétisées après optimisation des traitements thermiques par méthode solide-solide ou solgel. La densification des pastilles utilisées pour les mesures de conductivité ionique par SIE a été réalisée par la technique de frittage Spark Plasma Sintering (SPS).Dans le cas des grenats LLAZO, l’originalité de notre travail est d’avoir montré qu’un traitement de frittage par SPS, au-delà de la densification attendue des pastilles, engendre également des modifications structurales qui ont des conséquences directes sur la mobilité des ions lithium dans le matériau et par conséquent sur la conductivité ionique. Une augmentation franche de la dynamique microscopique des ions lithium après frittage par SPS a en effet été observée par des mesures en température de RMN de 7Li et le suivi des constantes de relaxation.La deuxième partie de l’étude constitue un travail exploratoire sur la substitution de Li+ par Mg2+ dans LMZYPO. Nous avons ainsi étudié les propriétés de conduction ionique de ces composés mixtes Li/Mg, en parallèle d’un examen minutieux des phases cristallines formées. Nous avons notamment montré que la présence de Mg2+ favorise la formation des phases β’ (P21/n) et β (Pbna) moins conductrices ce qui explique la diminution de la conductivité ionique avec le taux de substitution de Li+ par Mg2+ observée dans ces matériaux de type Nasicon.Nos travaux soulignent donc l’importance primordiale des effets de structure sur les propriétés de matériaux d’électrolytes solides de type céramique
One of the issues for the development of all-solid-state batteries is to increase the ionic conductivity of solid electrolytes. The thesis work focuses on two types of materials as crystalline inorganic solid electrolytes: a Garnet Li7-3xAlxLa3Zr2O12 (LLAZO) and a Nasicon Li1.15-2xMgxZr1.85Y0.15(PO4)3 (LMZYPO). The objective of this study is to understand to what extent the conduction properties of the studied materials are impacted by structural modifications generated either by a particular treatment process, or by a modification of the chemical composition. Structural data acquired by X-ray diffraction (XRD) and Magic Angle Spinning (MAS) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) were then crossed with ions dynamics data deduced from NMR measurements at variable temperature and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).The powders were synthesized after optimizing thermal treatments using solid-solid or sol-gel methods. Spark Plasma Sintering (SPS) technique was used for the densification of the pellets used for ionic conductivity measurements by EIS.In the case of garnets LLAZO, the originality of our work is to have shown that a SPS sintering treatment, beyond the expected pellets densification, also generates structural modifications having direct consequences on the lithium ions mobility in the material and therefore on the ionic conductivity. A clear increase of the lithium ions microscopic dynamics after SPS sintering was indeed observed by variable temperature 7Li NMR measurements and the monitoring of the relaxation times.The second part of the study provides an exploratory work on the substitution of Li+ by Mg2+ in LMZYPO. We studied the ionic conduction properties of these mixed Li/Mg compounds, in parallel with a fine examination of the crystalline phases formed. We have showed in particular that the presence of Mg2+ favors the formation of the less conductive β’ (P21/n) and β (Pbna) phases, which explains the decrease of the ionic conductivity with the substitution level of Li+ by Mg2+ observed in these Nasicon type materials.Our work therefore highlights the crucial importance of structural effects on the conduction properties of ceramic solid electrolyte materials

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Al, Rahil Saleh. "Etude des propriétés électrochimiques des systèmes de types AsSI-AgRS et SbSI-Ag2S : Application à l'étude d'un générateur électrochimique tout solide conducteur par l'argent." Besançon, 1991. http://www.theses.fr/1991BESA2016.

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Les systèmes AsSI-AgRS et SbSI-Ag2 permettent d'obtenir des verres dans des vastes domaines de concentrations (4 moles de AgRS par mole de ASSI ou SBSI). La température de transition vitreuse décroit de 140 à 70°C par addition de AgRS. La conductivité électrique augmente avec la concentration en AgRS. La conductivité est ionique (Ag#+) et atteint la valeur de 1,5. 10##2##1cm##1 (sbsi, 4AgRS) et 7. 10##4##1cm##1 (assi-4rs). La stabilité électrochimique est voisine de 600 mv (SbSI, xAgRS) et de 800 mv (ASSI, xAgRS). Les diagrammes intensité-potentiel montrent que la stabilité est limitée par les réactions : Ag#++e#Ag et ir2i#+2e#. Des piles TISR/SBSI, 3AgRS/ag ont été réalisées. Leur force électromotrice est de 120 mv. Une décharge contrôlée des piles a permis de suivre l'évolution de la F. E. M. En fonction du taux x d (insertion des ions ag#+ dans TISR. Deux paliers de F. E. M. A 90 mv et 45 mv correspondent à des domaines biphases faisant intervenir des composes d'insertion de stade 2 (ag0,2tisr) et de stade i (Ag0,4tisr)

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Navone, Christelle. "Élaboration et études des propriétés structurales et électrochimiques de couches minces de pentoxyde de vanadium pour électrode positive de micro-accumulateur au lithium tout solide." Paris 12, 2005. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990003942020204611&vid=upec.

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Abstract:

Le travail de la thèse a consisté d'une part à la mise au point d'un protocole de synthèse reproductible de films minces de pentoxyde de vanadium et d'autre part à la maîtrise des principaux paramètres que sont la composition, la morphologie, la porosité, l'épaisseur et l'orientation structurale des films. L'influence de ces paramètres sur les performances électrochimiques du film a alors été établie. Au cours du fonctionnement du film en tant qu'électrode positive, l'évolution structurale du film ainsi que celle du coefficient de diffusion des ions Li+ dans l'oxyde ont été déterminées. Elles mettent en évidence un comportement différent d'une électrode composite de V2O5. Ces acquis nous ont alors permis d'élaborer des prototypes de micro-accumulateur tout solide V2O5/LiPON/Li dans une même enceinte de dépôt. Malgré une forte résistance interne du dispositif, des capacités à la fois stables et élevées, autour de 50 µAh. Cm-2, ont pu être atteintes à 10 µA. Cm-2 dans une fenêtre de potentiel de 3,8/2,15 V
The thesis work consisted in part of the validation of a reproducible protocol for the synthesis of vanadium pentoxyde thin films and also of the master of essential parameters that are the composition, the morphology, the porosity, the thickness and structural orientation of the films. The influence of these parameters on the electrochemical performances of the films was then established. The structural evolution of the films as well as the Li+ ion diffusion coefficients have been followed while cycling the films as positive electrode. Behaviour different to that of the one observed for a composite V2O5 electrode, has been identified. This information allowed us to elaborate solid-state lithium micro-batteries prototypes of V2O5/LiPON/Li type within the same deposition chamber. In spite of a high internal resistance of the multilayers, stable and high specific capacities of around 50 µAh. Cm-2 were delivered at a current of 10 µA. Cm-2 in the potential window from 3. 8 to 2. 15 V vs. Li+/Li

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Malugani, Jean-Pierre. "De nouveaux verres conducteurs ioniques par Ag+ et Li+ : microstructure et dynamique dans les verres AgPO3 - halogénures métalliques, réalisation d'un générateur électrochimique "tout solide" au Lithium." Besançon, 1986. http://www.theses.fr/1986BESA2013.

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Abstract:

Pour les verres conducteurs par ag**(+), on s'attache à définir des corrélations entre composition, microstructure et conductivité ionique : la conductivité ionique des verres mixtes agpo::(3)-agx et mx::(2) avec m=pb, cd, ba, sr est gouvernée par la concentration en clusters agx::(4) dans lesquels les ions ag**(+) sont tetracoordines aux x**(-). Pour les verres conducteurs par li**(+), on s'attache à faire ressortir les analogies de comportement entre les verres lipo::(3)-lix et leurs homologues a l'argent et à exploiter ces analogies pour la recherche d'un verre au lithium a conduction ionique élevée. On a pu obtenir ainsi des verres li::(2)s-p::(2)s::(5)-lii dont la conductivité par li**(+),10**(-3)(oméga cm)**(-1) a 25**(o) est comparable à celle des électrolytes liquides organiques mis en œuvre dans les piles au lithium

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Malugani, Jean-Pierre. "De nouveaux verres conducteurs ioniques par Ag⁺ et Li⁺ microstructure et dynamique dans les verres AgPO-halogénures métalliques, réalisation d'un générateur électrochimique "tout solide" au lithium." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375994052.

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Porthault, Helene. "Étude de nouvelles voies de dépôt du matériau d'électrode positive LiCoO2 pour la réalisation de micro-accumulateurs 3D à haute capacité surfacique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00658071.

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Abstract:

La miniaturisation des systèmes électroniques est aujourd'hui l'un des enjeux majeurs de la recherche et demande une importante évolution des sources d'énergie. Les micro-accumulateurs tout solide sont une réponse parfaitement adaptée à ce besoin. Leur capacité est toutefois actuellement limitée à 50-200 µAh.cm-2 du fait de la difficulté d'employer des couches de matériaux actifs d'épaisseur supérieure à 5 µm. L'une des pistes pour augmenter la capacité spécifique des micro-accumulateurs est de déposer les différents matériaux sur un substrat texturé. Les techniques de dépôt sous vide classiques ne permettent pas de déposer des films conformes sur de telles surfaces, principalement à cause d'effets d'ombrage. L'objectif de ce travail de thèse a donc été de développer de nouvelles voies de dépôt pour la réalisation de micro-accumulateurs tout-solide 3D. Deux voies de dépôt chimique ont été explorées : la synthèse sol-gel et l'électrodépôt sous conditions hydrothermales. La synthèse sol-gel n'a pas permis d'aboutir à la réalisation de films denses et conformes. Cependant, elle s'est avérée très intéressante pour synthétiser des poudres de LiCoO2 rhomboédrique présentant d'importantes surfaces spécifiques, sans étape de broyage, à des températures de synthèse modérées (600-700°C). Le dépôt électrolytique en conditions hydrothermales s'est quant à lui révélé très prometteur tant pour sa vitesse de dépôt importante, jusqu'à 300 nm.mn-1, que pour sa température de synthèse basse, à partir de 125°C, sans nécessiter de recuit. Les films synthétisés présentent d'excellentes performances électrochimiques en électrolyte liquide et une conformité sur des substrats texturés supérieure à 97 %.

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Ferreira, Gomes Franck. "Caractérisation électrochimique de microbatteries Li-Free." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS369/document.

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Abstract:

Pour répondre aux besoins de la miniaturisation des systèmes électroniques nomades, le monde du stockage de l’énergie a dû se réinventer et proposer des solutions innovantes permettant de répondre à ces problématiques. Parmi ces solutions, les microbatteries tout-solide « lithium-free » offrent de nombreux avantages (intégration facilité, aspect sécuritaire), malgré une cyclabilité encore limitée. L’objectif de cette thèse consiste à étudier ces microbatteries LiCoO2/LiPON/Cu, notamment par caractérisation électrochimique, pour en comprendre les mécanismes et proposer des solutions permettant d’en améliorer les performances. L’étude des couches unitaires de ce système a permis d’identifier les propriétés principales de chaque film mince et de connaitre la composition chimique et structurale de ces couches. Puis, la mise en place d’un protocole de charge servant à améliorer considérablement la tenue en cyclage a été décryptée à l’aide de la spectroscopie d’impédance électrochimique et de l’XPS. Ce travail a permis la compréhension fine des mécanismes physico-chimiques présent à chaque étape et de décrire un scénario quant au fonctionnement de ce protocole. Par ailleurs, la compréhension de ces phénomènes a été utile pour proposer des solutions permettant d’augmenter encore la tenue en cyclage des microbatteries Li-Free, pour que celle-ci puisse atteindre une capacité initiale et une cyclabilité équivalente aux microbatteries au lithium métallique, utilisé conventionnellement en microélectronique
To meet the needs of the miniaturization of mobile electronic systems, the world of energy storage has had to reinvent itself and propose innovative solutions to meet these problems. Among these solutions, all-solid "lithium-free" microbatteries offer many advantages (easy integration, safety aspect), despite their still limited cyclability. The objective of this thesis is to study these LiCoO2/LiPON/Cu microbatteries, in particular by electrochemical characterization, in order to understand their mechanisms and propose solutions to improve their performances. The study of the unit layers of this system made it possible to identify the main properties of each thin film and to know the chemical and structural composition of these layers. Then, the implementation of a charging protocol to significantly improve cycling performance was decoded using electrochemical impedance spectroscopy and XPS. This work allowed the detailed understanding of the physico-chemical mechanisms present at each stage and to describe a scenario as for the operation of this protocol. In addition, understanding these phenomena has been useful in proposing solutions to further increase the cycling resistance of Li-Free microbatteries, so that it can reach an initial capacity and cyclability equivalent to lithium metal microbatteries, used conventionally in microelectronics

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Kubanska, Agnieszka. "Toward the development of high energy lithium-ion solid state batteries." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4775.

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Abstract:

Les batteries au lithium tout solide présentent un grand intérêt pour le développement de systèmes de stockage de grande densité (volumique) d'énergie et sûrs notamment en raison de leur excellente stabilité thermique par rapport aux technologies lithium-ions à électrolyte liquide. Cependant, avec l'épaisseur de la batterie, de fortes limitations cinétiques sont observées, en raison i/ de la relativement faible mobilité des ions dans les matériaux inorganiques et ii/ de la présence de joints de grains généralement bloquants aux interfaces solide/solide. De plus au cours de la charge/décharge de la batterie, les matériaux actifs (réservoir de l'énergie) changent de volume ce qui induit des contraintes mécaniques interfaciales qui provoquent la formation de micro-fractures très dommageables à la cyclabilité de ces systèmes. Cette thèse concerne la réalisation et la caractérisation de batteries inorganiques monolithiques (avec les électrodes composites) en utilisant une méthode de frittage: Spark Plasma Sintering (SPS). La formulation des électrodes composites est fondamentale car ce sont de multi-matériaux qui doivent présenter de nombreuses fonctionnalités: 1) une grande densité d'énergie 2) une bonne percolation électronique (resp. ionique) enfin 3) une bonne tenue mécanique avec des interfaces électrodes/electrolyte stables afin d'assurer la durée de vie des cellules.Le principal objectif est de trouver des relations, pour des matériaux donnés, entre la texture des poudres initiales, la microstructure des céramiques obtenues par frittage SPS et les propriétés électriques (électronique et ionique) ainsi que les performances électrochimiques
All-solid batteries with inorganic solid electrolytes are attractive candidates in electrochemical energy storage since they offer high safety, reliability and energy density. Aiming to increase the surface capacity strong efforts have been made to increase the thickness of the electrode. However, the thicker electrode, the more stress is generated at the solid/solid interfaces because of the volume change of the active material during lithium insertion/desinsertion upon cycling, which leads to formation of micro-cracks between the components and finally a bad cycling life. The possible answer to this issue is to build in place of a dense phase pure electrode, a composite electrode which is a multifunctional material. This composite electrode should contain a lot of electrochemically active material, the reservoir of energy; together with electronic and ionic conductor additives, to ensure efficient and homogeneous transfer of electrons and ions in the electrode volume.The main scope of this thesis was to develop all-solid-state batteries prepared by SPS method for applications at elevated temperatures. These batteries consist of a two composite electrodes separated by the NASICON-type solid electrolyte Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3. The main objective was to find relationships, for given materials, between the initial powder granulometry (grain size, size distribution, agglomeration), the microstructure of ceramics obtained by SPS sintering, and the electrochemical performances of the final batteries. By creating electrodes with novel materials and better composition, the trade-off of power density and energy density can be minimized

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Saha, Sujoy. "Exploration of ionic conductors and Li-rich sulfides for all-solid-state batteries." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2020SORUS041.pdf.

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Abstract:

Les besoins croissants en stockage de l’énergie exigent une amélioration continue des batteries lithium-ion. Le mécanisme de redox anionique qui permet d’augmenter la densité d’énergie des électrodes positives mais est associé à divers inconvénients (hystérésis et décroissance de tension, cinétique lente, etc.) qui restent à résoudre. De plus, la sécurité des batteries lithium-ion peut être améliorée en concevant des batteries tout-solide. Dans cette thèse, nous nous sommes d'abord concentrés sur le développement de nouveaux électrolytes solides à base d'oxydes pour des applications dans les batteries tout-solide. Nous avons exploré l’influence du désordre structural sur conductivité ionique des électrolytes solides et montré comment il était possible d’augmenter la conductivité en stabilisant à température ambiante les phases désordonnées présentes à haute température. Ensuite, nous avons conçu des électrodes à base de sulfures riches en Li présentant du rédox anionique, qui en outre présentent une excellente réversibilité. Ainsi, les matériaux d'électrode nouvellement conçus ouvrent une direction possible pour atténuer les problèmes liés au rédox anionique. Enfin, nous avons utilisé les sulfures comme électrode positive dans des batteries tout-solide avec des électrolytes solides à base de sulfures; ces systèmes montrent une excellente cyclabilité, soulignant ainsi l’importance de la compatibilité interfaciale dans les batteries tout-solide
Growing needs for energy storage applications require continuous improvement of the lithium ion batteries (LIB). The anionic redox chemistry has emerged recently as a new paradigm to design high-energy positive electrodes of LIBs, however with some issues (i.e., voltage hysteresis and fading, sluggish kinetics, etc.) that remained to be solved. In addition, the safety of the LIBs can be improved by designing all-solid-state batteries (ASSB). In this thesis, we first focused on the development of new oxide-based solid electrolytes (SE) for applications in ASSBs. We explored the influence of disorder on the ionic conductivity of SEs and demonstrated how to increase the conductivity by stabilizing disordered high-temperature phases. Furthermore, we designed Li-rich layered sulfide electrodes that undergo anionic sulfur redox, with excellent reversibility. Thus, the newly designed electrode materials show a possible direction to mitigate the issues related to anionic redox. Lastly, we used the Li-rich sulfides as positive electrode in ASSB with sulfide-based SEs that demonstrate excellent cyclability, thereby highlighting the importance of interfacial compatibility in ASSBs

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Porthault, Hélène. "Étude de nouvelles voies de dépôt du matériau d'électrode positive LiCoO2 pour la réalisation de micro-accumulateurs 3D à haute capacité surfacique." Thesis, Paris 11, 2011. http://www.theses.fr/2011PA112185/document.

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Abstract:

La miniaturisation des systèmes électroniques est aujourd’hui l’un des enjeux majeurs de la recherche et demande une importante évolution des sources d’énergie. Les micro-accumulateurs tout solide sont une réponse parfaitement adaptée à ce besoin. Leur capacité est toutefois actuellement limitée à 50-200 µAh.cm-2 du fait de la difficulté d’employer des couches de matériaux actifs d’épaisseur supérieure à 5 µm. L’une des pistes pour augmenter la capacité spécifique des micro-accumulateurs est de déposer les différents matériaux sur un substrat texturé. Les techniques de dépôt sous vide classiques ne permettent pas de déposer des films conformes sur de telles surfaces, principalement à cause d’effets d’ombrage. L’objectif de ce travail de thèse a donc été de développer de nouvelles voies de dépôt pour la réalisation de micro-accumulateurs tout-solide 3D. Deux voies de dépôt chimique ont été explorées : la synthèse sol-gel et l’électrodépôt sous conditions hydrothermales. La synthèse sol-gel n’a pas permis d’aboutir à la réalisation de films denses et conformes. Cependant, elle s’est avérée très intéressante pour synthétiser des poudres de LiCoO2 rhomboédrique présentant d’importantes surfaces spécifiques, sans étape de broyage, à des températures de synthèse modérées (600-700°C). Le dépôt électrolytique en conditions hydrothermales s’est quant à lui révélé très prometteur tant pour sa vitesse de dépôt importante, jusqu’à 300 nm.mn-1, que pour sa température de synthèse basse, à partir de 125°C, sans nécessiter de recuit. Les films synthétisés présentent d’excellentes performances électrochimiques en électrolyte liquide et une conformité sur des substrats texturés supérieure à 97 %
The miniaturization of electronic systems is today a main topic of research and requires an important evolution of energy sources. All solid state micro-batteries are a perfectly adapted solution for this need. However, their specific capacity is limited to 50-200 µAh.cm-2 due to the difficulty to use films of active materials thickness over than 5 µm. One of the answers to enhance micro-batteries specific capacity is to deposit materials on textured substrate. Nevertheless, classical vacuum deposition techniques are not adapted to deposit conformal thin films on such surfaces because of shadow effects. The aim of this PhD-work was to develop new synthesis routes to realize 3D all solid state micro-batteries. Two chemical synthesis routes were studied: the sol-gel method and the electrodeposition under hydrothermal conditions. The sol-gel synthesis was not efficient to realize conformal and dense films. However, this technique was very effective to obtain rhombohedra LiCoO2 powders with high specific surface, without grinding step, at moderate temperature (600-700°C). The electrodeposition under hydrothermal conditions was very promising, both for its high deposition rate (up to 300 nm.mn-1) and its low synthesis temperature (from 125°C) without any annealing. The synthesized films exhibited excellent electrochemical performances in liquid electrolyte and a conformity higher than 97 % on textured substrates

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Metri, Noura. "Elaboration de molécules pi-conjuguées à base de triphénylamine pour la réalisation de dispositifs photovoltaïques hybrides sensibilisés." Thesis, Cergy-Pontoise, 2011. http://www.theses.fr/2011CERG0521/document.

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Abstract:

Les cellules photovoltaïques hybrides sensibilisées « tout solide » (ssDSSC) sont considéréescomme une technologie émergente dans le domaine de l'énergie solaire afin de remplacer les cellules solaires classiques basées sur le silicium ou même celles utilisant un électrolyte liquide(DSSC). Dans ce but, nous nous sommes intéressés à l'élaboration de molécules p-conjuguées (verresmoléculaires) de type « p » pour une application dans les ssDSSCs.Le premier axe de cette étude a consisté à synthétiser deux familles de molécules à base detriphénylamine/thiéno[3,2-b]thiophène/ thiophène (avec et sans chaîne nonyle pour déterminerl'effet de la solubilité). Ces composés ont été obtenus par des couplages de Stille ou Suzuki avec des rendements globaux variant entre 11% et 37% (pour six à dix étapes).Dans le but de déterminer les propriétés physico-chimiques des composés obtenus, lesecond axe a été consacré aux caractérisations thermiques, optiques et électroniques des moléculessynthétisées. Les mesures thermiques par analyse thermogravimétrique (ATG) ont montré unestabilité des composés supérieure à 340°C. En outre, l'analyse thermique différentielle (DSC) apermis de déterminer la température de transition vitreuse (Tg), la plus élevée atteignant 57°C. Lesgaps optique et électronique ont été déterminés par absorption UV-Visible (entre 2,87eV à 2,41eV enfilm) ou voltampérométrie cyclique (entre 3,26eV à 2,60eV). Les niveaux énergétiques de la HOMO etLUMO ont également été déterminés par voltampérométrie cyclique. Ils ont montré des niveauxadéquats surtout pour celui de la HOMO (compris entre la HOMO du colorant et celle de la cathode)pour une application photovoltaïque. Enfin, les mesures de mobilité de trous ont mis en évidence desrésultats encourageants et prometteurs variant entre 10-3 cm2.V-1.s-1 et 1 cm2.V-1.s-1.Le troisième axe est consacré à l'étude théorique de ces molécules à l'aide de la modélisationmoléculaire. Les tendances obtenues pour les niveaux énergétiques (HOMO et LUMO), les gaps optiques, l'énergie de réorganisation interne (donnant une idée de la mobilité théorique de charges)recoupent assez bien les données expérimentales.Finalement, le dernier axe porte sur la détermination des performances photovoltaïques de ces composés. Pour l'un d'eux une efficacité de 0,5% a été obtenue sans optimisation et de manièredurable puisque cette efficacité reste inchangée après une année. Le taux de remplissage de cecomposé dans TiO2 atteint de 62 à 83%.Mots clés : Dispositifs photovoltaïques hybrides « tout solide » ssDSSC, triphénylamine, thiéno[3,2-b]thiophène, thiophène, verre moléculaire, modélisation moléculaire, taux de remplissage
Solid state dye-sensitized solar cells (ssDSSC) are considered as an emerging technology in order to replace conventional silicon solar cells or even those using liquid electrolyte. In order to improve the performance of ssDSSC devices, we were interested by the development of star-shaped molecules derived from thieno[3,2-b]thiophene unit and triphenylamine core.Two series of new substituted triphenylamine (TPA) derivatives with thiophene and thieno[3,2-b]thiophene units (with and without nonyl group C9H19) were synthesized in a combinatorial manner. These compounds were obtained by Stille or Suzuki coupling with a yield between 11% and 37% (from six to ten steps).In order to determine the properties of these compounds, thermal, optical and electrochemical characterizations were carried out. The measurements by thermogravimetric analysis (TGA) showed a high stability of the compounds above 340°C. Differential thermal analysis (DSC) was used to determine the glass transition temperature (Tg) where the highest reaching 57°C. The optical and electronic gaps were determined by UV-Visible absorption ( we found from 2.87 eV to 2.41 eV in film) or cyclic voltammetry (we found from 3.26 eV to 2.60 eV). The energy levels of HOMO and LUMO were also determined by cyclic voltammetry. They showed adequate levels especially for HOMO levels (ideally HOMO between the dye and that of the cathode) for a photovoltaic application. Finally, hole mobility have shown encouraging results and promising ranging from 10-3 cm2.V-1.s-1 and 1 cm2.V-1.s-1.The theoretical study of these molecules was also carried out using molecular modeling as B3LYP. The energy levels (HOMO and LUMO), the optical gaps, and the energy of internal reorganization (giving an idea of the theoretical charges mobility) have the seam trend overlap the experimental data.The photovoltaic performance of these compounds was performed. An efficiency of 0.5% (not optimized results) has been obtained for the best of them. This efficiency was sustainable after one year. The pore filling ratio of this compound in TiO2 reached from 62 to 83%.Keywords : Solid state dye-sensitized solar cells (ssDSSC), triphenylamine, thieno[3,2-b]thiophene, thiophene, molecular glasses, theoretical calculations, pore filling

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Guesnet, Laura. "Développement de nouvelles architectures de piles à combustible SOFC tout cérine pour un fonctionnement à température réduite." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0218.

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Abstract:

En employant de nouvelles architectures de cellules à oxyde solide (SOC - Solid Oxide Cells), il est possible d’en réduire la température de fonctionnement. L’objectif de cette thèse a donc été d’élaborer des mises en forme innovantes afin de diminuer le nombre d’étapes nécessaires à la fabrication de la cellule, permettant aussi d’en diminuer le coût : l’élaboration d’un support poreux/dense/poreux tout coulage en bande puis infiltration de catalyseurs pour l’obtention des électrodes est le procédé retenu. Le support poreux/dense/poreux a été exclusivement préparé à base de GDC10 (Ce0,9Gd0,1O2-δ) pour éviter les problèmes de réactivité entre les différentes couches. Au cours de cette thèse, deux méthodes de mises en forme ont été utilisées successivement: pressage/sérigraphie/infiltration (1) puis coulage en bande/infiltration (2). Dans chacun des cas, les paramètres de mises en forme ont été optimisés dans le but d’obtenir les meilleures performances électrochimiques. La méthode de mise à forme (1) a déjà fait l’objet d’une partie de thèse à l’ICMCB côté oxygène, mais elle a été perfectionnée côté hydrogène : couche de collectage, nature du catalyseur (NiO, CuO, cérine dopée yttrium), taux d’infiltration. Pour diminuer le nombre de cycles nécessaires et améliorer la qualité de l’imprégnation, une nouvelle technique a été employée : l’infiltration par voie supercritique. Dans le cas de la mise en forme (2), les paramètres propres à l’élaboration de la suspension (nature des additifs, nature des billes/jarre employées) et à celle des supports poreux/dense/poreux (cycles de déliantage/frittage) ont permis d’obtenir des résistances de polarisation très proches de celles obtenues grâce à la mise en forme (1), en dépit de résistances séries encore élevées sans doute en lien avec de pollutions résiduelles carbonées. Les paramètres finalement retenus sont : un dispersant de type ester phosphorique, 90% de graphite ajouté pour réaliser les squelettes poreux, un déliantage conduit à 800°C/6h sous O2 humide, et un frittage de l’ensemble à 1450°C/3h
When involving new solid oxide cells (SOCs) architectures, it’s possible to reduce their operating temperature. The objective of this thesis was therefore to develop innovative shaping processes in order to reduce the cell manufacturing steps number, also allowing to reduce their cost : the preparation of a porous/dense/porous support by tape-casting, then the infiltration of catalysts to obtain the electrodes was the chosen process. The porous/dense/porous support was only prepared with GDC10 (Ce0.9Gd0.1O2-δ) to avoid chemical reactivity issues between the various layers. During this thesis, two shaping methods were successively used: pressing/screen-printing/infiltration (1) then tape-casting/infiltration (2). In each case, the shaping parameters have been optimized in order to obtain the best electrochemical performances. The shaping method (1) was already part of a thesis topic at ICMCB regarding the oxygen side of the SOC, but it has been here improved regardin the hydrogen side: the collecting layer, the catalyst nature (NiO, CuO, yttrium doped ceria), infiltration rate. To reduce the number of required cycles and improve the impregnation quality, a new technique was used: the infiltration in supercritical medium. In the case of shaping (2), the specific parameters of the i) suspension preparation (additives nature, nature of the used balls/jar) and of the ii) porous/dense/ porous supports (debinding/sintering cycles) have made it possible to obtain polarization resistances very close to those obtained by shaping (1), despite slightly higher series resistances, probably in linkto some remaining carbon pollution. The parameters finally retained are: a phosphoric ester type dispersant, 90% of graphite added to shape the porous skeletons, a debinding performed at 800°C/6h under wet O2, and a whole sintering at 1450°C/3h

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Storelli, Martineau Alexandre. "Étude de l’interface lithium métal/polymère pour l’optimisation des batteries lithium métal tout solide." Thesis, 2020. http://hdl.handle.net/1866/25051.

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Abstract:

Le gain en popularité de l’électricité dans le domaine énergétique, observable depuis plusieurs décennies, accentue l’urgence de développer des équipements de stockage efficaces et performants. Les batteries au lithium-ion (Li-ion), commercialisées depuis le début des années 1990, ont presque atteint les limites théoriques imposées par leurs composantes. La recherche s’oriente donc aujourd’hui vers les batteries tout-solide constituées d’une électrode négative de lithium métal. Ces batteries seraient en mesure d’atteindre des densités énergétiques supérieures à celles attribuables aux batteries lithium-ion utilisées et commercialisées à ce jour. Cependant, il subsiste toujours une impasse qui doit être solutionnée afin d’en assurer la viabilité : la formation de dendrites ou de mousse de lithium à la surface de l’électrode négative de lithium métal occasionne le court-circuit des batteries et en réduit l’espérance de vie. Plusieurs pistes de solutions sont proposées afin de réduire ou d’éliminer les problèmes de croissance dendritique et de mousse de lithium. Toutefois, il y a un manque d’information dans la littérature en lien avec la corrélation entre l’état de surface des électrodes négatives (anodes) de lithium métal et les performances électrochimiques de ces dernières. Ce projet de recherche visera donc, entre autres, à étudier l’impact de l’état de surface de l’électrode négative de lithium sur ses performances électrochimiques, dont son temps de vie, sa polarisation et son impédance. Une caractérisation a été effectuée sur les feuilles de lithium étudiées et sur l’interface lithium métal/électrolyte polymère. Suite à l’étude des feuilles sous leur forme native, des dépôts protecteurs d’or, d’aluminium et de fluorure de lithium ont été appliqués par déposition en phase vapeur (PVD) sur le lithium industriel de basse rugosité, afin d’évaluer si ces derniers amélioraient la performance électrochimique des cellules. La caractérisation physique a été effectuée par microscopie de force atomique à effet tunnel (Peakforce-TUNA) et microscopie électronique à balayage (MEB). Ensuite, la caractérisation chimique de chaque feuille de lithium utilisée a été caractérisée principalement par spectroscopie photoélectronique par rayons X (XPS) et par spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS), permettant respectivement de connaître la composition chimique surfacique et complète des feuilles de lithium. Finalement, l’impact de l’interface lithium métal/électrolyte polymère sur la viabilité des cellules complètes a été déterminé par des cyclages galvanostatiques. Ces batteries ont enfin été observées post mortem par MEB afin d’observer l’impact du cyclage sur l’état interne des cellules. Il a été déterminé que la morphologie des feuilles de lithium et de l’interface lithium métal/électrolyte polymère ont un impact sans équivoque sur la durée de vie et sur la polarisation des cellules étudiées. Une méthode de préparation de surface électrochimique a donc été conçue, en cyclant les électrodes de lithium à basse densité de courant (0,130 mA.cm-2), améliorant ainsi la durée de vie des cellules symétriques exploitant des électrodes de lithium métal.
The increased use of electricity witnessed during the past few decades emphasizes the urgency of developing efficient and performing energy storing devices. Present on the market since the beginning of the 1990s, Lithium-ion (Li-ion) batteries have reached the theoretical limit inherent to their components. Research efforts currently aim at developing all-solid batteries composed of a negative lithium electrode. This type of electrode uses only lithium in its pure metallic state and it has the capacity to attain higher energy densities than those attributable to the lithium-ion batteries. Despite the potential of this promising technology, there is an obstacle that must be overcome in order to ensure its viability: the formation of dendrites and mossy lithium on the surface of the lithium metal negative electrode causes the batteries to short-circuit and reduces their life expectancy. Several solutions have been proposed in the literature in order to either eliminate or mitigate the issues of dendritic growth and mossy lithium. However, published studies do not specifically address the correlation between the state of the surface of the lithium metal and its electrochemical performance when used as the negative electrode (anode). This research project therefore focused on evaluating the impact of the state of the surface the lithium metal negative electrode on its electrochemical performance, such as its lifetime, polarization, and impedance. The lithium sheets and the lithium metal/polymer electrolyte interface were characterized in order to better understand the problematic processes related to the use of the lithium metal in batteries. In addition to studying the sheets in their native form, a protective gold deposit was applied by physical vapor deposition (PVD) on the lithium sheets to determine whether the deposit improved the electrochemical performance of the cells. The physical characterization was performed by using tunnelling atomic force microscopy (Peakforce-TUNA) and scanning electron microscopy (SEM). Each lithium x sheet used was then characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). These chemical characterizations allowed to determine the surface and bulk chemical compositions of the lithium sheets. Finally, in order to understand the impact of the lithium metal/polymer electrolyte interface on the viability of complete cells, galvanostatic cycling, similar to true operating conditions of a battery, was performed. Cross-sections of these batteries were assessed post-mortem by SEM in order to analyze the impact of the cycling density on the internal state of the cells. It has been determined that the morphology of the lithium foils and the lithium metal/polymer electrolyte interface impacted the lifespan and the polarization of the studied cells. An electrochemical surface preparation method was therefore designed by cycling the lithium electrodes at a low current density (0.130 mA.cm-2), thus improving the life of the symmetrical cells composed of lithium metal electrodes.

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Dissertations / Theses on the topic 'Tout-solide'

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