Synthèse par voie de chimie douce, structure et caractérisation électrochimique de phases lamellaires de type AM2O5 (A=alcalin, M= Ti,Fe,Nb)
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Abstract EN:
New titanoniobates and ferroniobates of the AxM2nO4n+2 (A=Li,Na ; M=Ti, Nb, Fe) have been synthesized. These compounds exhibit a original structure with a parallel orientation of the layers, observed for the first time for a n=2 member. The study of lithium intercalation in these phases and in the corresponding acidic phases has been undertaken. Lithium intercalation in HTiNbO5 leads to two new compounds : first a layered compound with a parallel orientation of the layer is obtained at 1V, then a rock-salt compounds is obtained at 0V. The reversible intercalation of 1 lithium between 3V and 1V leads to a 120mAh/g reversible capacity at 1. 62V. LiTiNbO5 intercalates 0. 8 lithium (90mAh/g) reversibly through a biphasic process centered at 1. 67V, whose mechanism is close to the one observed in HTiNbO5. The study of ferroniobates allows an approximative localisation of lithium in LiTiNbO5 and shows the reversibility of the two redox couples in these materials. Ionic conductivity study of ATiNbO5 (A=H, Li, Na, K) compounds, shows a better conduction for the phases with a parallel orientation of the layers. The conductivities of these materials vary between 2,1. 10-6 et 6,6. 10-8 (Ohm. Cm)-1 at 250°C. Finally, Ti2Nb2O9 a 3D compound with tunnel has been studied. Its crystallites exhibit a original morphology with nanoporosities aligned along a axis. This assure a good lithium diffusion (10-12cm. S-1) in this material that intercalate reversibly, 2. 3 lithiums at 1. 6V for a C/10 rate. Unlike in the 2D phases, intercalation occur through a solid solution process.
Abstract FR:
La synthèse de nouveaux titanoniobates, et ferroniobates 2D de la famille AxM2nO4n+2 (A=Li,Na ; M=Ti, Nb, Fe) a été effectuée. Ces composés possèdent une structure originale avec un arrangement parallèle des feuillets, observé pour la première fois pour le terme n=2. L’étude de l’intercalation du lithium dans ces phases et dans les phases protonées antiparallèles correspondantes a été entreprise. L’intercalation de lithium dans HTiNbO5 conduit à deux nouvelles phases : une phase lamellaire de configuration parallèle à 1V puis une phase de type rocksalt à 0V. La capacité réversible entre 3V et 1V correspond à l’intercalation réversible d’un lithium soit 120mAh/g à 1. 62V. LiTiNbO5 insère réversiblement 0. 8 lithium (90mAh/g) à 1. 67V via un processus biphasique dont le mécanisme est proche de celui intervenant pour HTiNbO5. L’étude des ferroniobates a permis la localisation approximative du lithium dans LiTiNbO5 et a montré la réversibilité des deux couples redox dans ces matériaux. L’étude de la conductivité électronique des phases ATiNbO5 (A=H, Li, Na, K) a montré une meilleure conduction pour les phases de type parallèle. Les conductivités pour ces produits varient entre 2,1. 10-6 et 6,6. 10-8 (Ohm. Cm)-1 à 250°C. Enfin, une phase tridimensionnelle à tunnels Ti2Nb2O9, dérivée de HTiNbO5 a été étudiée. Elle présente une morphologie originale sous forme de nanoporosités alignées selon l’axe a. Cela assure une bonne diffusion du lithium (10-12cm. S-1) dans ce matériau qui intercale réversiblement 2,3 lithiums à 1. 6V pour un régime C/10. Contrairement aux phases 2D, l’intercalation se produit par un processus de type solution solide.