Soutenance de thèse de ROSELYNE JEANNE-BROU

Abstract :
Propriétés de transport ionique dans les électrolytes polymères solides anisotropes et isotropes.
Les électrolytes polymères solides (SPEs) sont prometteurs pour remplacer l'électrolyte liquide inflammable conventionnel des batteries et évoluer vers un système tout solide comprenant une électrode négative en lithium (Li) métal. En effet, ils peuvent combiner des propriétés mécaniques élevées limitant la croissance des dendrites de Li et une conductivité ionique suffisante pour l'application. De nombreux SPEs ont été étudiés à base de Poly(oxyde d'éthylène) (PEO), le matériau de référence, complexé avec un sel de Li (comme le LiTFSI) tels que les composites (PEO mélangés à des nanoparticules), les copolymères à blocs neutres et fonctionnalisés, les électrolytes réticulés. Cependant, leurs conductivités ioniques sont généralement inférieures à celle de l'homopolymère de PEO au-dessus de sa température de fusion (à environ 55 - 60 °C). Également, il a été largement reporté dans la littérature un effet anisotropique en conductivité pour l’électrolyte d’homopolymère de PEO, c’est-à-dire selon le plan longitudinal (//) ou transverse (Ʇ) et sous des champs extérieurs (élongation mécanique, champ électromagnétique, etc.). En conséquence, pour tenter d'optimiser les SPEs pour l'application, il est nécessaire d'étudier les propriétés de transport ionique (conductivité ionique, nombre de transport et coefficient de diffusion) en fonction de la nature du SPE (de l'homopolymère aux copolymères à blocs fonctionnalisés).
Ce travail de thèse porte d'abord sur l’étude des propriétés de transport (conductivité ionique, mais aussi nombre de transport et diffusion) selon les directions principales de l’espace dans le plan (//) ou au travers du plan (Ʇ). Des séries de caractérisations physico-chimiques et électrochimiques ont été réalisées pour étudier ces paramètres du transport ionique. Le nombre de transport et la diffusion montrent une évolution avec la conductivité des SPEs selon les orientations // vs. Ʇ;. De plus, des simulations sous COMSOL ont permis de modéliser en 2 dimensions (2D) les gradients de concentration en fonction de la géométrie (// vs. & Ʇ). Pour la diffusion, un modèle analytique 1D a été développé dans le cadre de la méthodologie de John Newman pour établir le modèle des relaxations expérimentales du potentiel en fonction du temps (//). L'impact de la conformation de la chaîne via l'allongement de la chaîne polymère des SPEs sur la conductivité ionique a été évalué grâce à la conception d’une instrumentation spécifique permettant de coupler les mesures d'impédance et d'allongement en atmosphère contrôlée d'argon. Cet instrument a été conçu et réalisé par une collaboration entre deux équipes du LEPMI (GUIDE-Bourget du Lac/MIEL-Grenoble)..
Une seconde partie du travail de thèse concerne les caractérisations physico-chimiques, matériaux et électrochimiques de SPE à conduction unipolaire Li⁺ à base de polymères hybrides réticulés synthétisés par l'ICR (Aix-Marseille Université). En particulier, une méthodologie basée sur la soustraction des spectres d'impédance a été développée pour déterminer les principales contributions du transport ionique afin de les corréler avec la nanostructure des SPE analysée par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) au LLB (Gif Sur Yvette). Enfin, des batteries au Li métal ont été assemblées et cyclées comme preuve de concept pour établir les performances avec une électrode positive in-situ LiFePO₄.

Dézoomer 100 %100 % Zoomer

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