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Yao Adaba

Soutenance de thèse
Date: mercredi 8 juin 2022 14:00 - 17:00

Lieu: Amphi IMN Lombarderie

Mercredi 8 juin - Développement de médiateurs redox organiques solubles et insolubles pour batteries Li-O2

Résumé :

Alors que le monde entre dans une phase d’électromobilité et un besoin en approvisionnement électrique bas carbone concomitant, la demande en systèmes de stockage électrochimique de l’énergie explose. Parmi les alternatives pouvant possiblement surpasser les batteries Li-ion devenues la technologie phare actuelle, les batteries aprotiques Li-O2 offrent certaines opportunités. Basées sur le couple redox O2/Li2O2, elles pourraient, en théorie, améliorer sensiblement la densité d’énergie volumétrique par rapport à des batteries Li-ion et permettre à des véhicules électriques d’avoir une autonomie comparable aux véhicules à moteur à essence. Cependant, le couple redox O2/Li2O2 est caractérisé par une faible efficacité énergétique se traduisant par une hystérèse importante et de nombreuses réactions parasites se produisent en cyclage, limitant énormément les applications pratiques des batteries Li-O2. L’objectif de cette thèse est de proposer des solutions à base de médiateurs redox organiques pour améliorer les performances des batteries Li-O2. Deux stratégies ont été développées pour ces composés pouvant être de type n et/ou de type p. Les catalyseurs insolubles ont été introduits dans la formulation de l’électrode, tandis que les catalyseurs solubles sont utilisés comme additifs dans l‘électrolyte. En particulier, de nouveaux composés organiques solubles bifonctionnels n et p résultant d’une synthèse organique multi étapes ont permis d’améliorer les processus de décharge et de charge et de diminuer le phénomène de surtension. Enfin, nous avons utilisé des hydrocarbures polycycliques aromatiques en tant qu’additif sacrificiel dans les électrodes à air pour créer des nouvelles surfaces accessibles pendant le cyclage.  


Mots clés
: Stockage électrochimique de l’énergie, Batteries, Li-O2, Médiateurs organiques, Synthèse.


Development of soluble and insoluble organic redox mediators for Li-O2 batteries

Abstract :

As the world enters a phase of electromobility and a concomitant need for low-carbon electricity supply, the demand for electrochemical energy storage systems is exploding. Among the alternatives that could potentially outperform Li-ion batteries that have become the current flagship technology, aprotic Li-O2 batteries offer some opportunities. Based on the O2/Li2O2 redox couple, they could in principle significantly improve the volumetric energy density compared to Li-ion cells and allow electric vehicles to have a driving range comparable to internal combustion engines. However, the O2/Li2O2 redox couple is characterized by low energy efficiency resulting in significant hysteresis and many parasitic reactions occur during cycling, greatly limiting the practical applications of Li-O2 batteries. The objective of this research was to propose solutions based on organic redox mediators to improve the performance of Li-O2 batteries. Two strategies have been developed for these n-type and/or p-type compounds. The insoluble catalysts were introduced into the electrode formulation, while soluble catalysts were used as additives in the electrolyte. In particular, new n- and p-type bifunctional soluble organic compounds resulting from a multi-step organic synthesis have improved the discharge and charge processes and reduced the overpotential phenomenon. Finally, we used polycyclic aromatic hydrocarbons as a sacrificial additive in air electrodes to create new accessible surfaces upon cycling.


Keywords
: Electrochemical energy storage, Batteries, Li-O2, Organic mediators, Synthesis


Adaba Jury

 

 

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  • mercredi 8 juin 2022 14:00 - 17:00
 
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