L’objectif de cette thèse était d’étudier différents matériaux pseudo-capacitifs pour des applications hybrides de stockage de l’énergie, dans lesquelles les matériaux associés présentent de propriétés de nature électrochimiques différentes. La première partie du travail s’est intéressée au matériau de batterie NaVO2. C’est un matériau composé de couches successives de VO2- au sein desquelles sont intercalés des ions sodium Na+. Delmas and al. ont réussis une synthèse de nombreux polymorphes de NaxVO2 (x = 0,5 – 1) via des méthodes d’élimination d’ions de sodium et réactions par voie solide. Ce matériau possède des caractéristiques structurales intéressantes qui permettent d’obtenir un matériau à deux dimensions avec un comportement pseudocapacitif. Dans ce travail, la technique d’exfoliation liquide a été utilisée pour retirer le sodium de la structure initiale NaVO2, menant à l’obtention d’un nouveau matériau à la structure modifiée. Ce NaVO2 modifié montre des profils de tension désordonné, caractéristique des matériaux pseudocapacitifs. Il présente également une large fenêtre de potentiel et une capacité de 120 mAh/g à C/10.
La troisième partie de ce travail a permis d’étudier les micro-dispositifs. Les matériaux précédemment présentés ont été utilisés et assemblés avec d’autres, qui possèdent d’autres qualités, afin de former des dispositifs hybrides. La technique d’écriture laser a été utilisée afin de créer des petites électrodes, de quelques millimètres de largeur. Dans ce travail, parmi les matériaux les plus performants pour des applications micro-dispositifs, Nb2O5 et LiFePO4 ont été mentionnés. Ils présentent une bonne capacité par cm2 et peuvent être associés dans un micro-dispositif étant donné que l’un présente un comportement capacitif et l’autre un comportement batterie. |
The aim of this thesis work is to study different pseudocapacitive materials for hybrid energy storage applications, where pared materials exhibit different in nature electrochemical properties. The first part of the work was focused on the battery like material NaVO2. It is a layered compound with (VO2-) layers and Na+ ions located in the interlayer spacing between them. Delmas et al reported successful synthesis of numerous polymorph modifications of NaxVO2 via solid state and electrochemical deintercalation methods, with amount of Na varying from x = 0.5 – 1 This material has very interesting structural characteristics, which may allow us to form two-dimensional material with pseudocapacitive-like behavior. In this work, we used liquid exfoliation technique to remove Na from the structure of the pristine NaVO2, in order to get a new material with modified structure. This treated NaVO2 exhibited sloppy voltage profile, as would be seen in pseudocapacitive materials. It also had rather large operating voltage window and had a 120 mAh/g capacity values at C/10 rate.
The second part of the work was focused on assembling a hybrid device that consisted of two already reported materials such as Nb2O5 and nanosized core–shell structured LiFePO4. Both materials exhibited good values of capacity at moderate and high rates, 120 and 90 mAh/g at 5C respectively. After balancing the weight ratio of each material, we managed to obtain a full cell with good values of cell capacity at moderate rates such as 50 and 35 mAh/g at 2C and 5C rates respectively.
The third part of the work pay particular attention to micro devices. In this part, we use studied above materials together with some other ones that possess necessary qualities for a hybrid device application. We used laser-writing technique in order to produce tiny electrodes, few mm wide. In our work, among the best performing materials for micro-device application were already mentioned Nb2O5 and commercial LiFePO4. They show good capacitance per cm2 and could be pared in a micro device since one of them exhibit capacitive-like behavior and other one battery-like. |