Добірка наукової літератури з теми "Dépôt de lithium"

La coupole de Montebras est un petit massif de granite à métaux rares (Sn, W, Li, Nb-Ta) situé au nord du Massif Central Français qui se met en place au Carbonifère supérieur dans un encaissant plus ancien, le granite de Chanon (357,2 ± 2,1 Ma). Deux épisodes magmatiques, un microgranite (316,1 ± 4,3 Ma) et un leucogranite albitique (309,8 ± 3,9 Ma), sont distingués. Le second développe à son toit des formations de contact, notamment une puissante pegmatite stockscheider (309,7 ± 4,5 Ma), passant vers l’est à des greisens à lithium et des filons plats de quartz stannifères anciennement exploités (303,8 ± 4,8 Ma). Le dépôt de cassitérite (associée à la manganocolumbite) s’étale depuis la phase magmatique avec des cristaux disséminés dans le leucogranite, jusqu’à la fin de la phase pneumatolytique marquée par des filons de quartz stannifères. Cet étalement se traduit par une baisse progressive des concentrations en éléments-traces (Nb, Ta, Fe, Mn, Mg, Ti) dans la cassitérite mais sans que soit atteint le domaine des compositions typiquement hydrothermales. Lors de la phase pneumatolytique, la cassitérite est accompagnée de rare scheelite, de la rarissime qitianlingite et d’une wolframite fréquente dont la composition (hübnérite) indique une origine magmatique pour le métal et les fluides impliqués dans le dépôt du tungstène. La paragenèse à sulfures riches en Cu, As et Sn (löllingite, chalcopyrite, tennantite, stannoïdite, mawsonite…) marque le passage à la phase hydrothermale et suggère une origine dans les roches encaissantes pour le cuivre et l’arsenic. L’événement fluo-barytique liasique se manifeste par l’apparition locale de fissures à fluorine violette, barytine et manganapatite. La coupole de Montebras fournit un exemple représentatif des granites à métaux rares de la chaîne varisque. Elle est contemporaine des autres magmas granitiques à éléments rares du nord Massif central avec lesquels elle présente des points de similitude mais aussi des différences. Sa mise en place pourrait relever d’un mécanisme de type cauldron subsidence.

Coherent deposits of oriented, crystalline MxM′4−xV6O16+δ, with M, M′ = K, Rb, Cs, or NH4, 0.0 ≤ x ≤4.0 and 0.00 ≤ δ ≤ 0.13, have been prepared electrochemically on various conducting substrates from metavanadate solutions containing ammonium or alkali metal cations, singly or in combination. Chemical analysis and X-ray diffraction show that the deposits consist of a continuous series of mixed crystals based on the isomorphic end members M4V6O16 and M′4V6O16.The deposits can be oxidized electrochemically, with removal of M and M′ atoms, and the products can be used as cathodes for insertion of lithium, with the largest capacity achieved about 1.0 mol% of total vanadium. Cycling of the electrodes improves capacity, with insertion of lithium reaching 25 mol% of total vanadium. This gain in capacity results from further removal of alkali metal or ammonium ions from the electrode during the oxidation step of the cycling process.The results extend the range of composition of homogeneous phases in the system (NH4)2O–K2O–V2O4–V2O5. Keywords: alkali metal hexavanadates, electrochemical preparation.On a préparé des dépôts cohérents qui contiennent des cristaux orientés de MxM′4−xV6O16+δ, avec M, M′ = K, Rb, Cs ou NH4, 0,0 ≤ x ≤4,0 et 0,00 ≤ δ ≤ 0,13, par la méthode de voltammétrie cyclique sur des substrats divers et dans des solutions de metavanadates qui contiennent des cations des métaux alcalins ou d'ammonium seuls ou des combinations de tels ions. L'analyse chimique et la diffraction des rayons X ont démontré que les dépôts comprennent une série continue de cristaux mixtes basée sur les membres terminaux M4V6O16 et M′4V6O16.

En este artículo presentamos los principales avances obtenidos en la identificación de algunos cambios producidos por los seres humanos en suelos tropicales de montaña, en un lugar de habitación arqueológico localizado en los Andes noroccidentales. En un principio, hemos registrado la ocurrencia y distribución de diversos tipos de vestigios arqueológicos incorporados dentro de la matriz de suelo. El registro arqueológico está compuesto por artefactos fragmentados (cerámica y lítica), el apisonamiento o compactación diferencial del suelo, los restos botánicos (macro y microrrestos) y el enriquecimiento del suelo con diferentes sustancias químicas (fosfatos, ácidos grasos, residuos de proteínas y pH). Los patrones identificados en la distribución de estos registros nos permiten formular las primeras conjeturas respecto a los procesos de formación de este depósito arqueológico, así como respecto al tipo de prácticas culturales que allí tuvieron lugar.Abstract: In this paper we discuss some advances in the identification of anthropic changes in mountain tropical soils from an archaeological residential area in North-Western Andes. To date we have identified and mapped various types of archaeological evidence incorporated into the soil matrix. The archaeological record contains artifacts (pottery and lithic), differential compaction of soil by trampling, botanic remains (macro and micro), and localized enrichment of soil with chemical substances (phosphates, fatty acids, protein waste and pH). Identified patterns allow us to make some assumptions about the formation process of the archaeological record and about some of the cultural practices carried out in this place.Résumé : Dans cet article nous présentons les principaux résultats obtenus quant à l’identification de certains changements produits par les êtres humains dans des sols tropicaux de montagne, sur un site d’habitat archéologique localisé dans les Andes nordoccidentales. Dans un premier temps, nous avons enregistré l’occurrence et la distribution de divers types de vestiges archéologiques incorporés dans la matrice du sol. Le registre archéologique est représenté par des artefacts fragmentés (céramique et lithique), la compaction différentielle du sol, les restes botaniques (macrorestes et microrestes) et l’enrichissement du sol par diverses substances chimiques (phosphates, acides gras, résidus protéiques et pH). Les patrons de distribution de ces registres nous permettent de formuler un certain nombre d’hypothèses préliminaires concernant les processus de formation de ce dépôt archéologique, ainsi que les pratiques culturelles qui y ont eu lieu.

Le passage aux prochaines générations de télécommunications devra nécessairement passer par l’adoption de nouveaux matériaux piézoélectriques sous forme de couche minces. Justement, dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques par injection liquide directe (EPVOM-ILD) de couches minces de niobate de lithium (LiNbO3), matériau ferroélectrique aux propriétés exceptionnelles, notamment acoustiques et optiques. Le contrôle fin de la microstructure et de la composition des films est un paramètre essentiel pour l’obtention de couches fonctionnelles, particulièrement pour la fabrication de filtre radiofréquence. C’est pourquoi, dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord concentrés sur l’obtention de couches minces épitaxiées de composition contrôlée à haute température pour la fabrication de résonateurs à ondes élastiques de surface (SAW). Puis, dans un second temps, sur l’obtention de films texturés sur des substrats de type silicium à plus faible température, pour la fabrication de composants à ondes élastiques de volume (BAW). Le travail d’optimisation du dépôt chimique en phase vapeur présenté dans ce manuscrit illustre l’impact des différents paramètres : pression, débit d’injection, rapport de concentration entre les précurseurs, sur la couche mince, et notamment sur sa composition en lithium, paramètre crucial dans la validation des propriétés du matériau. Sont aussi présentées les agencements des mailles cristallines entre le film et le substrat pour toutes les orientations épitaxiées. Finalement, des dispositifs à ondes de surface et à onde de volume basés sur les couches minces de LiNbO3 obtenues par EPVOM-ILD ont été réalisés et caractérisés
The industrial development of the next generations of telecommunications will have to go through the adoption of new piezoelectric materials in the form of thin films. In that regard, the direct liquid injection metalorganic chemical vapor deposition (DLI-MOCVD) of thin films of lithium niobate (LiNbO3), a ferroelectric material presenting exceptional properties in the field of acoustics and optics was studied in this work. Fine control of both the microstructure and the composition of these layers is a critical parameter in obtaining functional thin films, especially for radiofrequency filter applications. For this reason, in this work, we first focused on the deposition of epitaxial thin films of controlled composition at high temperature for the realization of surface acoustic wave (SAW) devices. Then, in a second phase, on the deposition of highly oriented thin films on silicon-based heterostructures at a lower temperature for the realization of bulk acoustic wave (BAW) components. The optimization process presented in this manuscript demonstrates the impact of several deposition parameters: total pressure, injection flow rate, precursor molar ratio, on the thin films, and more particularly on its lithium composition, decisive parameter in the definition of material properties. The relative arrangement of the lattice of the film with that of the substrates are presented as well, for all epitaxial growth orientations. Finally, surface acoustic wave and bulk acoustic wave devices based on lithium niobate thin films deposited by DLI-MOCVD were fabricated and characterized

La réaction de dépôt de lithium est un phénomène local et indésirable au sein des batteries Li-ion. Elle est largement décrite dans la littérature comme l'un des principaux phénomènes limitants de la charge rapide des cellules Li-ion. Le contrôle de cette réaction en temps réel est donc un facteur clé pour parvenir à la charge "au plus juste" d'un batterie Li-ion. Cela est classiquement étudié par des modèles physiques complexes et à l'aide des techniques expérimentales nécessitant des analyses invasives de la batterie. Dans le cadre de l'étude de cette thèse, il a été mis en place une méthodologie, incluant une modélisation simplifiée ainsi que des caractérisations expérimentales non invasives des cellules Li-ion, pour estimer l'ensemble des courants de recharge proche de la limite de la réaction de dépôt de lithium. Des études expérimentales ont été menées sur une cellule graphite/LFP pour valider ce courant et cela a donné lieu à un protocole de recharge où le courant évolue avec l'état de charge et la température de la cellule. Il a été observé que ces courants permettent de charger ultra rapidement la cellule sans que la réaction de dépôt de lithium métal ne soit déclenchée. Pour une charge à 0°, la cellule a été chargée en 11 minutes entre 10% et 87% d'état de charge. Il a été validé que les courants estimés sont proches, à moins de 10%, de la limite « réelle » de déclenchement de la réaction de dépôt de lithium. Enfin, en comparant les cyclages avec ces courants limites estimés et la charge à 1C, aucun vieillissement additionnel n'a été observé après plus de 100 cycles à 0°
Lithium deposition reaction is a local and undesirable phenomenon within Li-ion batteries. It is widely describe in the literature as one of the major limiting phenomena of rapid Li-ion cell loading. The control ofthis reactio in real time therefore seems to be a key factor for an optmal fast charging. This is classically studied by ve complex physical models and using experimental techniques requiring invasive tests on battery. As part of th study ofthis thesis, a methodology has been established, including a simplified modelling as well as non-invasiv experimental characterizations of Li-ion, to estimate all charging currents close to the limit of the lithiu deposition reaction. Experimental studies have been conducted on a graphite/LFP cell to validate these current and this resulted in a charging protocol where the current evolves With the load state and temperature of the cel It has been observed that these currents allow the cell to be charged ultra quickly without triggering the lithiu metal deposition reaction. For a charge at 0°, the cell has been recharged in 11 minutes between 10% and 87% of the state of charge. It has been validated that the estimated currents are close to, less than 10%, the « real » lim for triggering the lithium deposition reaction. Finally, by comparing cycling With these estimated limit curren and the charge at IC, no additional aging has been observed after more than 100 cycles at 0°

Le processus de vieillissement des accumulateurs lithium-ion est un facteur déterminant lors de leur utilisation pour des applications spatiales. Les couches de passivation présentes à la surface des électrodes, composées de différents sels et polymères, ont une grande influence sur les performances des batteries, en particulier en termes de cyclage et de durée de vie. La compréhension des phénomènes de dissolution et de précipitation des espèces présentes aux électrodes est donc essentielle pour appréhender le vieillissement des batteries. Dans un premier temps, les propriétés de solubilisation et de transport de ces espèces dans l’électrolyte ont été étudiées afin d’analyser leur comportement en solution. Les investigations ont ensuite porté sur l’influence de ces composés sur le cyclage des accumulateurs lithium-ion. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les constituants des couches de passivation ayant un impact critique sur le fonctionnement des batteries, en vue d’optimiser les performances en vieillissement des systèmes existants
The ageing process of lithium-ion batteries is a key issue for their use in space applications. The passivation layers deposited on the electrode surface are composed of various salts and of polymers, and hence, have a great impact on battery performances or on cycle life. The understanding of dissolution and precipitation phenomena of species deposited at the electrode surface is therefore essential to enlighten the ageing process in batteries. At first, solubilization and transport properties of organic or mineral lithium salts in the electrolyte were determined. Using solubility data, investigations were then carried out to study the effect of these compounds on cycling properties. It has been shown that if some lithium salts have a critical impact on the battery efficiency, others do not have any detrimental effect on battery capacity or faradic yield. As a conclusion, the dissolution with time of compounds belonging to the solid electrolyte interphase is an important parameter to take into account when studying battery ageing

Afin de subvenir aux besoins énergétiques des nouvelles technologies électroniques nomades et miniatures, le développement de microdispositifs de stockage électrochimique d’énergie suffisamment performants telles que les microbatteries (MB) Li-ion est nécessaire. Pour ce faire, l’élaboration de MB Li-ion en topologie tridimensionnelle est une voie attractive qui permet le déploiement de surface spécifique tout en conservant l’empreinte surfacique initiale (de l’ordre du mm2), exacerbant ainsi la densité d’énergie délivrée par la MB. Cette solution est rendue possible grâce au développement de technique de dépôt couches minces telle que l’ALD qui est capable de réaliser des dépôts conformes. Dans le cadre de cette thèse, un électrolyte solide (Li3PO4) a été développé et optimisé de façon conforme, par ALD, sur un substrat de silicium structuré au préalable par des techniques de micro-fabrication. Une électrode positive de type spinelle (LiMn1.5Ni0.5O4) a également été élaborée par pulvérisation cathodique RF. Les performances ont été optimisées en fonction des paramètres de dépôt sur un substrat Si/Al2O3/Pt. Une capacité volumique de 63 µAh.cm-2.µm-1 a ainsi été mesurée pour un dépôt de 420 nm à 0,01 mbar recuit sous air à 700°C. Enfin, un prototype de cellule électrochimique en vue d’un suivi in situ/operando par DRX d’une électrode en couche mince, a été proposé
In order to address the demand on energetic needs to sustain nomad and miniaturized electronic devices, micro-devices performance for energy storage such as Li-ion microbatteries (MB) have to be improved. An attractive way to meet the required performance consists in using 3D topology increasing the specific surface while keeping the initial surface footprint (in the mm2 range) which is significantly enhancing the delivered energy density of the MB. The development of thin film technologies such as ALD enabling conformal deposition makes it possible. In the framework of this thesis, a solid electrolyte (Li3PO4) has been developed and optimized by ALD, on a 3D micro-architectured silicon substrate obtained by microfabrication techniques. A positive electrode (LiMn1.5Ni0.5O4) has also been developed and optimized as a function of the deposition parameter by RF sputtering deposition on a Si/Al2O3/Pt substrate. A volumetric capacity of 63 µAh.cm-2.µm-1 has been measured for a film of 420 nm thick obtained at 0.01 mbar and then annealed at 700°C under air atmosphere. Finally, a prototype has been proposed to realize an electrochemical cell for the purpose of in situ/operando follow-up by XRD of a thin film electrode deposited on silicon substrate

Ces travaux de thèse se sont focalisés sur la miniaturisation d'une batterie zinc-air, dispositif qui présente l'avantage d'avoir une densité d'énergie massique et volumique théorique supérieure à celle de la technologie lithium-ion, majoritairement étudiée dans la littérature. Le micro-usinage d'un substrat de silicium permet de définir le squelette d'électrodes à forte surface spécifique : le gain géométrique des structures 3D se répercute alors sur les performances de stockage des charges des électrodes de la microbatterie. Différentes géométries de microstructures 3D ont été étudiées : à titre d'exemple, des tubes de taille micrométrique (4,2μm de diamètre), profonds de 109μm (rapport d'aspect de 60: 1) permettent d'obtenir un rapport entre la surface spécifique et l'empreinte surfacique de 70. Ce squelette est ensuite recouvert de matériaux actifs à l'aide de procédés de dépôts conformes. Cette démarche a permis la mise au point d'une électrode métallique 3D en zinc (couche mince de 300nm) présentant une capacité spécifique de 1mAh.cm-2 en milieu aqueux (hydroxyde de potassium 0,7M). La tension de la cellule est de 1,2V. Pour la première fois, une électrode à air miniaturisée a été fabriquée, basée sur la création d'un réseau de micro-canaux poreux sur la face avant du substrat silicium, et la gravure d'une cavité sur la face arrière. Dès lors que le silicium est usiné, un dépôt de platine permet d'assurer le caractère conducteur de l'électrode tandis qu'un dépôt de dioxyde de manganèse lui apporte des propriétés catalytiques. Ce concept original d'électrode à air 30 présente un fonctionnement similaire à une électrode commerciale, malgré une taille bien plus réduite
The studies presented in the frame of this thesis are focused on zinc-air battery miniaturization, an electrochemical energy storage system that shows a higher volumetric and gravimetric energy density than the lithium-ion technology, mostly investigated in literature. The micromachining of a silicon substrate allows designing a high specific surface scaffold: 3D geometrical gain enhances the properties of charge storage for the electrodes of the microbattery. 3D microstructures exhibiting various geometrical designs have been studied: for instance, silicon micro-tubes (4,2μm outer diameter) 109 μm-depth (60:1 aspect ratio) provide a specific surface to the footprint ratio close to 70. Then, this scaffold is coated by the active materials using conformal depositions methods. This process leads to a 3D zinc metallic anode (300nm-thick) exhibiting a surface capacity of 1mAh.cm-2 in aqueous electrolyte (potassium hydroxide 0,7M). Cell voltage is 1,2V. For the first time in literature, a miniaturized air electrode has been manufactured, based on a porous microchannel network on the front side of silicon substrate, and the etching of a cavity on the back side. Once silicon wafer is micromachined, a platinum conformal thin film provides the conductive properties to the electrode while a manganese dioxide layer enhances the catalytic activity. This original concept of 3D air electrode presents a behavior similarly to a commercial one, but with a significant reduced size

Cette thèse a pour sujet l'élaboration et la caractérisation d'anodes nano-architecturées pour des applications en microbatteries Li-ion 3D. Ces électrodes sont basées sur un collecteur de courant nano-structuré, constitué d'un tapis de nano-piliers de cuivre (Ø200nm, L=2µm) alignés verticalement. L'objectif de ce travail a été de montrer les avantages d'une électrode tridimensionnelle en revêtant ce substrat avec différents matériaux actifs en utilisant différentes techniques. De l'étain métallique Sn a pu être déposé par voie électrochimique et forme une couche conforme sur la nanostructure de cuivre. L'électrode obtenue cycle à une capacité de 0,02 mAh. Cm-2 durant plus de 500 cycles, ainsi que 75% de rétention de capacité entre 0,05 et 6C. L'alliage Cu6Sn5 formé à l'interface cuivre/étain a été identifié comme responsable de cette bonne tenue en cyclage. Suite à ce résultat, on a tenté de réaliser un dépôt conforme de matériau actif par électrophorèse (EPD). Dans un premier temps, la faisabilité de ce dépôt a été prouvée en utilisant des nanoparticules de silice SiO2. Ces expériences ont permis de mettre en lumière l'importance de la qualité de la dispersion lors d'un dépôt électrophorétique sur un substrat nanométrique de géométrie complexe. Le dépôt EPD de nanoparticules d'oxyde d'étain SnO2 a ensuite été réalisé. Les tests électrochimiques de l'anode obtenue ont montrés un comportement identique à celui de l'anode de Sn. Ceci confirme l'intérêt de la technique d'EPD pour l'élaboration d'électrodes nanostructurées
The aim of this thesis is to elaborate and characterise nano-architectured anodes for Li-ion 3D microbatteries. These electrodes are based on a nanostructured current collector, consisting in vertically-aligned arrays of copper nanopillars (Ø200nm, L=2µm). The goal of this work is to highlight the merits of a 3D electrode prepared by coating this substrate using different techniques and active materials. Tin metal has been deposited by ELD and formed a conformal layer onto the Cu current collectors. The obtained electrode showed a capacity of 0,02 mAh. Cm-2 during more than 500 cycles and a retention capacity of 75 % between 0,05 and 6C. Cu6Sn5 alloy, formed at the Cu/Sn interface was identified as responsible of this good cycling behaviour. Then, we attempted to realise a conformal coating using the electrophoretic deposition technique. In a first step, the feasibility of this deposition was proved using silica nanoparticules. These experiments enlighted the importance of the quality of the dispersion during EPD onto a nanostructured substrate. After this, an EPD depositin of SnO2 nanoparticle has been realised. Electrochemical charactyerisations of the obtained SnO2 anodes show similar behavior as Sn anodes. This confirms the interest of EPD techniques for elaboration nanostructured electrodes

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

Actuellement, le silicium apparaît comme le matériau d'électrode négative le plus prometteur grâce à sa capacité spécifique théorique de 3580Ah/g mais présente une expansion volumique jusqu'à +280% lors de l'insertion du lithium qui provoque la pulvérisation des particules. La première partie de la thèse consiste à étudier les contraintes engendrées par les fluctuations répétées durant le cyclage à l'aide de la technique d'émission acoustique. Les phénomènes de passivation et d'insertion du lithium sont étudiés pour des tailles de particules différentes. Une autre partie s'est focalisée sur la synthèse de composite C/Si pour atténuer ces phénomènes de dégradation. Plusieurs voies sont envisagées : le silicium sur carbone, le silicium dans une matrice carbonée, ou greffage de silicium et de carbone. La première technique est un dépôt en phase vapeur avec tambour à partir de silane. La synthèse de matrice carbonée incorporant des poudres nanométriques de silicium passe par une étape d'atomisation. La méthode de greffage consiste à lier le carbone et le silicium grâce à un pont chimique. Le comportement électrochimique des composites est analysé pour chaque technique de synthèse
Currently, Silicon appears as the most attractive anode material due to its large theoretical capacity of 3580mAh/g, but presents also a volume expansion until +280% during lithium insertion. This undergoes the pulverisation of particles. The purpose of this work is to evaluate mechanic strains depending Li/Si ratio during cycles by acoustic emission. Passivation and insertion phenomena are studied for different size of particles. A second work consists to create a Si/C composite in order to attenuate electrode degradation. Several solutions are investigated : silicon-coated carbon, silicon in a carbon matrix and grafting between silicon and carbon. Chemical vapour deposition is using silane as the precursor gas. The spray drying produces Si/carbon matrix. Grafting allows to create a covalent bond between silicon and carbon. For each compound, electrochemical performances are investigated

Les batteries Li-S ont attiré beaucoup d'attention au cours de la dernière décennie en raison de leur très haute densité d'énergie théorique de 2567 Wh.kg-1. Bien que plusieurs développements aient été réalisés pour améliorer les performances des batteries Li-S, l'évaluation de certains mécanismes et de leur limitation reste difficile. Dans le cadre de mes travaux de doctorat, nous avons mis au point de multiples modèles mathématiques qui aident à l'évaluation et à l'optimisation de certains phénomènes liés aux batteries Li-S. Nous avons développé un nouveau modèle de type Monte-Carlo cinétique 3D (kMC), qui simule la décharge des composites carbone/soufre (C/S) à l'échelle mésoscopique. Notre modèle kMC fournit également un aperçu des impacts du régime de décharge et de la quantité de soufre sur la microstructure des dépôts de Li2S(s) à la surface du carbone. Nous avons également développé un modèle multi-échelles type de continuum pour étudier les impacts de l'architecture a électrodes de C/S sur la décharge à batteries. Afin de déterminer le mécanisme de réaction des polysulfures solvatés dans notre électrolyte expérimental (1 M LiTFSI dans TEGDME:DOL (v/v=1:1)), nous avons effectué des mesures par voltampérométrie cyclique de différentes solutions contenant du soufre solvaté et des polysulfures. Un modèle mathématique a été utilisé pour interpréter les caractéristiques des voltammogrammes cycliques expérimentaux. De plus, nous avons également développé un modèle de nucléation et de croissance pour comprendre les phénomènes d'électrodéposition de Li2S(s) dans une cellule Li-S simplifiée. Enfin, nous avons réalisé des expériences galvanostatiques pour valider notre modèle de décharge
Li-S batteries have attracted a lot of attention in the past decade due to their very high theoretical energy density of 2567 Wh.kg-1. Although several developments have been made to improve the performance of Li-S batteries, the assessment of some of their phenomena and limitations still remain challenging. In my PhD work, we have developed multiple mathematical models, which assist with assessment and optimization of some the Li-S batteries phenomena. We developed a novel 3D kinetic Monte-Carlo (kMC) model, which simulates the discharge of carbon/sulfur (C/S) composites at the mesoscopic level. Our kMC model also provides insights into the impacts of the discharge rate and sulfur loading on the mesoscale properties of the Li2S(s) deposits over the carbon surface. We also developed a multi-scale continuum model to investigate the impacts of the C/S cathode design parameters on the discharge of Li-S batteries. In order to determine the reaction mechanism of the solvated polysulfides in our experimental electrolyte (1 M LiTFSI in TEGDME:DOL (v/v=1:1)), we carried out cyclic voltammetry measurements of different electrolyte solutions containing solvated sulfur and polysulfides. A mathematical model was used to interpret the reactions behind the characteristics of experimental cyclic voltammograms. Furthermore, we also developed a nucleation and growth model to understand the phenomena behind the Li2S(s) electrodeposition in a simplified Li-S cell. Finally, we carried out some galvanostatic experiments using Li-S coin cells to validate our discharge model