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| Matériaux actifs à base de TiS2 : vers des électrodes performantes pour batteries tout-solide (TiS2-based active materials: towards high-performance electrodes for all-solid-state batteries) | ||
Marchand-Nowak, Maelle - (2025-11-21) / Université de Rennes - Matériaux actifs à base de TiS2 : vers des électrodes performantes pour batteries tout-solide Langue : Français Directeur de thèse: Le Coq, David; Calvez, Laurent Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Thématique : Chimie, minéralogie, cristallographie | ||
Mots-clés : Batterie tout-solide, cathode, matériau actif, sulfure, électrochimie, Piles à électrolyte solide, Cathodes, Ionique de l'état solide Résumé : La transition énergétique et l’électrification croissante des transports accroissent la demande en solutions de stockage sûres et performantes. Les batteries Li-ion à électrolyte liquide, dominantes depuis trente ans, ont atteint leurs limites en densité d’énergie et posent encore des problèmes de sécurité. Les batteries tout-solide à électrolyte soufré offrent une alternative prometteuse, en particulier grâce au nouveau concept de cathode dépendante de la diffusion, constituée uniquement de matériau actif permettant ainsi de limiter le nombre d’interfaces tout en augmentant la densité énergétique. Dans ce contexte, le disulfure de titane (TiS2) qui fut le premier matériau de cathode utilisé dans les batteries Li-ion, retrouve un intérêt grâce à sa conductivité électronique, sa compatibilité avec l’électrolyte soufré et sa capacité de diffusion du lithium. Des travaux récents ont montré que le broyage mécanique haute énergie de ce matériau améliore nettement ses performances électrochimiques. Ces travaux de thèse s’attachent dans un premier temps à comprendre les modifications structurales et morphologiques induites par le broyage provoquant ces améliorations. Ensuite, ils explorent trois voies d’optimisation : la substitution partielle du soufre par du sélénium (TiS2-xSex), la synthèse de composés potentiellement amorphes et riches en anions (TiS2+x) et la réalisation de matériaux composites TiS2:FeS2. Ces approches visent à renforcer le potentiel du TiS2 comme matériau actif de cathode dépendante de la diffusion dans les batteries tout-solide à électrolyte soufré. Résumé (anglais) : The energy transition and the increasing electrification of transportation are driving a growing demand for safe and high-performance energy storage solutions. Liquid-electrolyte Li-ion batteries, which have dominated the market for the past thirty years, have now reached their limits in terms of energy density and still present safety concerns. All-solid-state batteries with sulfide electrolytes offer a promising alternative, particularly through the emerging concept of diffusion dependent cathodes. These cathodes, composed entirely of active material, minimize the number of interfaces while enhancing energy density. In this context, titanium disulfide (TiS2), the first cathode material used in Li-ion batteries, is regaining interest due to its high electronic conductivity, compatibility with sulfide electrolytes, and excellent lithium diffusion properties. Recent studies have demonstrated that high-energy ball milling of TiS2 can significantly improve its electrochemical performance. This PhD work first investigates the structural and morphological modifications induced by ball milling that lead to such enhancements. It then explores three optimization strategies: partial substitution of sulfur with selenium (TiS2-xSex), the synthesis of anion-rich and potentially amorphous compounds (TiS2+x), and the design of TiS2:FeS2 composite materials. Together, these approaches aim to strengthen the potential of TiS2 as an active material for diffusion dependent cathodes in all-solid-state batteries with sulfide electrolytes. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-21709 | ||
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