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Shao, Hui. 2D Ti3C2Tx MXenes pour le stockage électrochimique d'énergie

Shao, Hui (2020). 2D Ti3C2Tx MXenes pour le stockage électrochimique d'énergie.

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Résumé en francais

Cette thèse vise à comprendre et étudier la cinétique électrochimique et les mécanismes de stockage de charge de l'électrode Ti3C2Tx MXene dans les systèmes aqueux, et à augmenter davantage les performances électrochimiques du Ti3C2Tx MXene dans les systèmes non aqueux. Dans la première partie de cette thèse, les comportements électrochimiques des électrodes pseudocapacitives Ti3C2Tx MXene ont été analysés dans des électrolytes aqueux par une technique de chronoampérométrie à étapes potentielles multiples (MUSCA). Le MUSCA permet de reconstruire des voltammogrammes cycliques avec une contribution de la chute ohmique considérablement plus faible, ce qui permet de déconvoluer avec précision les réponses en courant du voltammogramme partagées entre les processus de surface et ceux se déroulant dans le cœur des électrodes à tout potentiel donné, en particulier à des vitesses de balayage élevées. Une analyse cinétique électrochimique de l'électrode Ti3C2Tx utilisant les voltammogrammes calculés grâce au MUSCA a montré que le processus de surface domine à une vitesse de balayage plus élevée tandis que le processus au cœur prend le relais à la vitesse de balayage faible dans les électrolytes acides et alcalins. Par la suite, les mécanismes de stockage des charges des électrodes Ti3C2Tx dans l'électrolyte acide ont été étudiés en combinant des approches expérimentales et de simulation. Il a été démontré que la présence de molécules de H2O entre les couches de MXene joue un rôle critique dans le comportement pseudocapacitif, fournissant une voie de transport de protons pour activer la réaction redox des atomes de Ti. Dans la deuxième partie de la thèse, une gravure des phases MAX dans des acides fondus de Lewis est proposée et validée par la synthèse de divers MXènes à partir des précurseurs de phase MAX non conventionnels avec des éléments A tels que Si, Zn et Ga. Le matériau Ti3C2Tx MXene obtenu par cette méthode de synthèse de sel fondu peut fournir une capacité de stockage allant jusqu'à 738 C g^-1 (205 mAh g^-1) avec des performances à haute vitesse de balayage et une signature électrochimique pseudo-capacitive dans l'électrolyte à base de carbonate LiPF6 1M. Ce matériau offre des opportunités en tant qu'électrode négative dans les dispositifs de stockage d'énergie électrochimique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Simon, Patrice
Taberna, Pierre-Louis
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :MXènes 2D - Stockage d'énergie électrochimique - Pseudocapacitif - Mécanismes de stockage de charge
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :11 Mar 2021 16:37