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Liu, Liyuan. Les matériaux 2D pour le stockage de l'énergie

Liu, Liyuan (2020). Les matériaux 2D pour le stockage de l'énergie.

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Résumé en francais

L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés électrochimiques des matériaux 2D utilisés comme électrode dans les batteries et les supercondensateurs. La première partie commence par la synthèse du graphène et la préparation des films d'électrode. Une étude détaillée des propriétés électrochimiques du stockage des ions potassium a été réalisée en utilisant un aérogel à oxyde de graphène réduit (rGO) comme matériau d'électrode négative. L'influence de la nature de l'électrolyte et les méthodes de séchage utilisées ont été étudiées afin d'optimiser les performances électrochimiques du rGO lyophilisé dans les batteries potassium-ion (PIB). La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) a été utilisée pour évaluer les performances de notre matériau rGO dans les PIB. Utilisé comme électrode négative, le rGO lyophilisé peut fournir une capacité élevée de 267 mAh g-1 à un taux de C/3 avec une rétention de capacité de 78% pendant 100 cycles, combinée à une capacité de taux élevé (92 mAh g-1 à 6.7 C ). Cet ensemble de résultats rend de l'aérogel rGO un matériau d'électrode prometteur pour les PIB. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la méthode du sel fondu (MSM) pour concevoir des matériaux aux propriétés électrochimiques améliorées pour les applications de stockage d'énergie. Avec le MSM, une quantité considérable d'oxydes ternaires Mn-based 2D and V-based 1D a été explorée puis utilisée comme cathode pour les batteries divalentes aqueuses. La nanoparticule K0.27MnO2·0.54H2O (KMO) a été utilisée comme cathode pour les batteries aqueuses Zn-ion, avec des capacités spécifiques élevées (288 mAh g-1) et une cyclabilité à long terme (rétention de capacité de 91% après 1000 cycles à 10 C) . La technique Electrochemical quartz crystal admittance (EQCM) a d'abord été réalisée pour confirmer le mécanisme de stockage de charge d'intercalation H3O+ et Zn2+ qui en résulte. De plus, le procédé au sel fondu utilisé ici a permis la préparation de 1D CaV6O16·7H2O (CVO) et utilisé en outre comme matériau de cathode dans des batteries aqueuses au Ca-ion. En conséquence, d'excellentes performances électrochimiques ont été obtenues, avec une capacité de 205 mAh g-1, une longue durée de vie (> 97% de rétention de capacité après 200 cycles à 3C) et des performances élevées (117 mAh g-1 à 12 C ) lors de réactions d'intercalation (de) intercalation des Ca-ions. Contrairement à la précédente méthode de sel fondu flash réalisée dans l'air, nous avons conçu une autre méthode de sel fondu sous atmosphère d'argon pour préparer des matériaux de carbures métalliques 2-dimmensionnels (MXene) tels que Ti3C2 (M = Ti, X = C). En jouant avec la chimie du précurseur MAX et la composition de la fonte acide de Lewis, nous généralisons cette voie de synthèse à une large gamme chimique de précurseurs MAX (A = Zn, Al, Si, Ga). Les matériaux MXene obtenus (appelés MS-MXenes) présentent des performances électrochimiques améliorées dans un électrolyte non aqueux contenant du Li+, avec une capacité de 205 mAh g-1 à 1.1 C, ce qui rend ces matériaux très prometteurs en tant qu'électrodes négatives pour les batteries Li haute puissance ou les appareils hybrides tels que les condensateurs Li-ion. Outre l'APS, un autre agent de gravure (FeCl3) a été utilisé pour dissoudre le Cu. En résumé, cette méthode permet de produire de nouveaux types de MXène difficiles voire impossibles à préparer en utilisant des méthodes de synthèse précédemment rapportées comme la gravure HF. En conséquence, il élargit encore la gamme de précurseurs de phase MAX qui peuvent être utilisés et offre des opportunités importantes pour ajuster la chimie de surface et faire du MS-MXene une électrode à haut débit dans un système non aqueux.

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 :Matériaux 2D - rGO - Batteries potassium-ion - Méthode au sel fondu - EQCM - MXene
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :19 Mar 2021 13:34