Design de nouveaux matériaux d’électrodes par chimie douce pour des batteries à ions multivalents
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The transition to a new era of hyperconnectivity will increase energy demand. The Li-ion bat-tery, which is the predominant energy storage system of the present time for mobile devices, electric vehicles, and renewable energy will need to improve their performance and consider sustainability. The multivalent ion batteries using the elements abundant in the Earth crust can provide higher capacity based on a multi-electron process. The development of the multivalent ion batteries is hindered by the strong interaction between the multivalent ions and the electrode material which results in sluggish diffusion of the guest ions in the host structure. Different strat-egies were suggested to enhance the diffusion of the ions, such as the engineering of the layered materials with the interlayer crystal water which solvates the guest ions to reduce the electrostatic interaction. However, these strategies also facilitated the parasitic side reactions such as proton or solvent (co-)intercalation. Therefore, it is important to understand the behavior of the multiva-lent ions in the layered structure. Herein, we synthesized using soft chemistry method layered titanates stabilizing different ions in the interlayer water network. The Na+–H+ topotactic ionic exchange of Na-titanate to H-titanate was first studied. The electrochemical properties of these materials with Mg2+, Al3+ and H+ were investigated. Zn2+ ions were chemically stabilized in the interlayer and we investigated their influence on the interlayer water network. The electrochemi-cal testing protocols in the multivalent ion battery are also presented.
Abstract FR:
La transition vers une nouvelle ère d'hyperconnectivité augmentera la demande d'énergie. La batterie Li-ion, qui est actuellement le système de stockage d'énergie prédominant pour les appa-reils mobiles, les véhicules électriques et les énergies renouvelables, devra améliorer ses perfor-mances en prenant compte de la durabilité. Les batteries à ions multivalents (MV) utilisant les éléments abondants dans la croûte terrestre peuvent fournir une capacité plus élevée grâce à un processus de multi-électrons. Le développement des batteries à ions MV est entravé par la forte interaction entre les ions insérés et le matériau d'électrode hôte qui se traduit par une diffusion lente des ions. Différentes stratégies ont été suggérées pour améliorer leur diffusion, telles que l'ingénierie des matériaux lamellaires avec l'eau interlamellaire qui solvate les ions MV pour ré-duire l'interaction électrostatique. Cependant, ces stratégies ont facilité les réactions secondaires parasites telles que la (co-)insertion de protons ou de solvants. Par conséquent, il est important de comprendre le comportement des ions MV dans le matériau. Nous avons synthétisé par voie Chimie Douce des titanates lamellaires stabilisant différents ions dans le réseau d'eau interlamel-laire. L'échange ionique topotactique Na+–H+ du Na-titanate vers H-titanate a d'abord été étudié. Les propriétés électrochimiques de ces matériaux avec Mg2+, Al3+ et H+ ont été étudiées. Les ions Zn2+ ont été chimiquement stabilisés dans l'espace interlamellaire et nous avons étudié leur influence sur le réseau d'eau intercouche. Les protocoles de test électrochimique pour la batterie à ions MV sont également présentés.