Soutenance de thèse de M Régis Porhiel

Abstract :  Le développement des moyens de stockage de l’énergie électrique a aujourd’hui pris une place centrale dans les débats publics concernant la transition énergétique. En effet, ces technologies sont considérées comme les pistes les plus viables pour remplacer les ressources fossiles dans le secteur de la mobilité, représentant à lui seul 40% des émissions de gaz à effet de serre en 2022. L’électrification de la mobilité est donc d’une importance capitale dans le cadre d’une transition énergétique visant à limiter les effets du changement climatique. Les batteries au lithium sont en particulier considérées pour cette application, étant aujourd’hui devenue une technologie mature et efficace. Ces dernières ont connues ces dernières décennies une forte croissance de leur densité énergétique, tout en ayant réduit leur coût de fabrication, c’est donc naturellement que cette technologie a reçu la plus grande attention. Toutefois, le développement rapide de cette technologie à grande échelle pose quelques limites. Premièrement, la quantité de matériaux dits « critique » par batterie pose la question de l’approvisionnement en matières premières. C’est notamment le cas pour les oxydes de métaux de transition (e.g. Ni, Co) utilisés comme matériaux d’insertion pour l’électrode positive de ces batteries. Ces matériaux peuvent également être toxiques, particulièrement lors de leur extraction de l’environnement, posant d’autres problématiques environnementales. Une autre problématique liée au développement massif des batteries au lithium est la sécurité de ces batteries. Depuis leur développement en 1975, ces batteries ont pu montrer des défauts pouvant avoir un impact majeur sur la sécurité des systèmes embarqués. C’est par exemple le cas des batteries du Boeing 777 Dreamliner, interdit de vol en 2013 à la suite de feux de batteries en vol survenus sur une courte période de temps sur différents appareils. Ces incidents ont été causés par un mécanisme de dégradation bien connue des batteries lithium-ion, la déposition inhomogène de lithium à l’électrode négative lors de la charge peut mener à la formation de dendrites pouvant croitre jusque l’électrode positive et ainsi court-circuiter la cellule. Ce court-circuit s’accompagne généralement d’un fort échauffement thermique et de la formation de gaz dans la cellule, pouvant mener à la perte de confinement de la batterie et exposer ces composants à l’air libre.
Ce travail de thèse s’intéresse à un nouveau matériau d’électrode, le FeF3, couplé à l’utilisation d’un électrolyte polymère. Ce nouvel assemblage permet de répondre aux problématiques, d’abondance, (le fer est le 4ème constituant de l’écorce terrestre), de densité énergétique (une capacité massique multipliée de 3 à 4 pour le FeF3) et de sécurité, avec l’utilisation d’électrolytes non inflammables. L’objectif de cette thèse est de déterminer si ces matériaux sont compatibles, en particulier par la composition de l’électrolyte et d’étudier le mécanisme réactionnel du matériau FeF3.