Études des interfaces électrodes/électrolytes dans des batteries tout organiques tout solides - Archive ouverte HAL
Thèse Année : 2022

Studies of electrode/electrolyte interfaces in all-organic all-solid state batteries

Études des interfaces électrodes/électrolytes dans des batteries tout organiques tout solides

Résumé

For several decades, the increase in demand for electric energy coupled with the awareness of the ecological crisis that threatens our planet push us to change the way of producing energy to renewable energy, which has peaks in production and therefore requires more efficient and environmentally friendly energy storage technologies. For this, electrochemical energy storage is a good candidate. Li-ion battery systems are currently the most developed and best known but still has safety problems and major ethical and ecological problems. To solve these problems, Li-ion systems based on organic materials are being investigated. However, organic materials suffer from high solubility in liquid organic solvents. To solve this problem of solubility, we studied all-solid-state organic batteries using first a well-known inorganic solid electrolyte (Li6PS5Cl argyrodite) and then an organic electrolyte based on COF and PEO. XPS is a major characterization technique for the battery field, particularly to study the interfacial reactivity between the electrolyte and the active material as well as the redox reactions of insertion and disinsertion of lithium ions during cycling. In this thesis we will therefore study the interfacial reactivity of different active materials to inorganic and organic solid electrolytes. At first, we selected various well known active materials in the world of organic batteries with an inorganic solid electrolyte. The poor results of these active materials in solid systems led us to study another organic active material with a high electronic conductivity: TCNQ and its derivatives (LiTCNQ, CuTCNQ and TTF-TCNQ) with argyrodite. The aim of the project was to develop all organic systems, so we decided to study two active materials with organic solid electrolytes.
Depuis plusieurs décennies l'augmentation de la demande en énergie électrique couplée à la prise de conscience de la crise écologique qui menace notre planète, nous pousse à changer notre mode de production d'énergie vers des énergies renouvelables qui ont des pics de production qui nous demandent donc des techniques de stockage de l'énergie plus performante et écologique. Pour cela, le stockage électrochimique de l'énergie est un bon candidat. Les systèmes de batteries Li-ion sont actuellement les plus développés et les plus connus mais posent encore des problèmes de sécurité et de gros problèmes éthique et écologique. Pour résoudre ces problèmes, des systèmes au Li-ion basées sur des matériaux organiques sont étudiés. Cependant, les matériaux organiques souffrent d’une grande solubilité dans les solvants organiques liquides. Pour résoudre ce problème de solubilité, nous avons étudié des batteries organiques "tout solide" en utilisant premièrement un électrolyte solide inorganique très connu (l’argyrodite Li6PS5Cl) puis un électrolyte organique basé sur un COF et le PEO. L’XPS est une technique de caractérisation majeure pour le domaine des batteries, particulièrement pour étudier la réactivité interfaciale entre l’électrolyte et le matériau actif ainsi que les réactions redox d’insertion et désinsertion des ions lithium pendant le cyclage. Dans cette thèse nous étudierons donc la réactivité interfaciale de différents matériaux actifs vis-à-vis d’électrolytes solides inorganique et organique. Dans un premier temps, nous avons sélectionné différents matériaux actifs très connus dans le monde des batteries organiques avec un électrolyte solide inorganique. Les mauvais résultats de ces matériaux actifs en systèmes tout solides nous ont poussé à étudier un autre matériau actif organique ayant une forte conductivité électronique : la TCNQ et plusieurs de ses dérivés (LiTCNQ, CuTCNQ et TTF-TCNQ) avec l’argyrodite. Le but du projet étant de développer des systèmes tout organique, nous avons donc décidé d’étudier deux matériaux actifs avec des électrolytes solides organiques.
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Dates et versions

tel-03831578 , version 1 (27-10-2022)
tel-03831578 , version 2 (04-12-2023)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-03831578 , version 1

Citer

Jef Canals-Riclot. Études des interfaces électrodes/électrolytes dans des batteries tout organiques tout solides. Chimie. Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA); Institut des Sciences analytiques et de physico-chimie pour l'Environnement et les matériaux, 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03831578v1⟩
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