Recherche et innovation

LAMBERT - Vers la conception d’électrodes organiques pour batteries éco-compatibles

statut du projet | En cours
Détails de la manifestation
Appel à projets de recherche : AAC Thèses - Appel à candidatures Thèses ADEME
Année de l’appel à projets : 2019
Organisme coordinateur : LRCS
Partenaires :
Zone d’implantation
des porteurs du projet :
Hauts-De-France / Somme / Amiens
Occitanie / Aude
Occitanie / Gard
Provence-Alpes-Côte-D'azur / Bouches-Du-Rhone
Provence-Alpes-Côte-D'azur / Vaucluse

En vue de proposer une alternative aux électrodes des batteries actuelles, caractérisées par la présence de métaux de transition polluants et difficilement recyclables, les composés organiques présentent une alternative intéressante. Le projet ATHENA s’inscrit dans cette démarche en visant à identifier et à mettre en œuvre ces systèmes électrochimiques avant-gardistes, plus respectueux de l’environnement.

Raisons de s’intéresser aux électrodes organiques

Les batteries organiques présentent de nombreux avantages. On peut notamment citer les suivants :

  • Pas d’utilisation de métaux de transition
  • Matériaux naturellement abondants (extraction possible à partir de la biomasse), non toxiques, respectueux de l’environnement et facilement recyclables
  • Réduction des émissions de CO2sur l’ensemble du cycle de vie de la batterie
  • Possibilité de générer des films organiques flexibles
  • Ajustement des propriétés électrochimiques selon le type d’application par modulation de la fonctionnalisation des matériaux, …

Méthodes et composés utilisés

En s’appuyant sur un couplage modélisation-expérience, ce projet contribue à la recherche de matériaux performants dans l’objectif de concevoir de nouveaux dispositifs électrochimiques éco-compatibles. Il met à profit diverses méthodologies de simulation (Density Fonctional Theory (DFT) et Coarsed Grained Molecular Dynamics (CGMD)) ainsi que des synthèses et caractérisations complémentaires (infrarouge, tests en Swagelok, résonance magnétique nucléaire…).

Les premiers composés envisagés au cours de ces investigations correspondent à des matériaux carbonylés issus de la biomasse (e.g. ortho-quinones issues de catéchols) qui ont émergés au cours des dernières années dans le domaine du stockage de l’énergie renouvelable. Faisant suite aux premières études mises en œuvre initialement en 2019-2020 (F. Lambert et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 2020, 22, 20212), cette démarche est actuellement déployée sur diverses autres familles de composés organiques.

Objectif

L’objectif de la thèse est d’établir un modèle multi-échelle (échelles moléculaire, cristalline, mésoscopique et macroscopique) applicable aux électrodes organiques afin d’identifier les facteurs clés et les relations structures-propriétés mises en œuvre pour une famille de composés, en faisant varier les groupements fonctionnels et le type d’électrochimie (lithium, sodium, magnésium…). L’interclassement des systèmes entre eux permet de reconnaitre celui permettant d’accéder aux meilleures performances en tant qu’électrode positive (haut potentiel) ou négative (bas potentiel). Les enseignements obtenus sur certaines familles de composés permettent de concevoir de nouvelles classes de matériaux.

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