Metal ion detection in Li-ion batteries electrolyte using SECM

Hatami, Mojgan (2022). « Metal ion detection in Li-ion batteries electrolyte using SECM » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.

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Résumé

La conception des batteries lithium-ion est l'une des réalisations industrielles les plus importantes du siècle en raison des caractéristiques uniques de ces batteries rechargeables. Par exemple, elles offrent une densité d'énergie élevée et une efficacité coulombienne élevée. En plus, elles ont un taux faible d’autodécharge, un effet de mémoire très limité. Grâce à ces avantages, elles peuvent être utilisées dans des nombreux appareils électroniques tels que les ordinateurs portables, les téléphones portables, les appareils photos et les équipements médicaux. L'une des applications les plus importantes de ces batteries est l'alimentation des véhicules électriques. Cela signifie qu'ils jouent un rôle important dans la résolution du problème de la pollution, qui est un grand défi mondial de notre temps. Bien que ces batteries soient utilisées en tant de sources de courant depuis plus de 30 ans, en vue leurs importance industrielles et économiques, incluant leurs application dans des véhicules électriques, leurs différentes caractéristiques ont toujours été étudiées. Selon la littérature, un grand nombre des recherches scientifiques vise à étudier des matériaux d'électrodes pour augmenter la performance de batteries. Par exemple, l'utilisation de manganèse dans les matériaux d'électrode positive a été augmenté grâce à leur capacité de débit élevé, leur coût et leur toxicité bas par rapport au matériau cathodique en oxyde de cobalt, par ex. LiCoO2. Cependant, la stabilité des matériaux cathodiques de type spinelle, par ex. le spinelle LixMn2O4 doit être amélioré. L’inconvénient principal de l'utilisation de ces matériaux de type spinelle est la lixiviation vers l'électrolyte. Ce processus diminue la performance de la batterie à cause d’une diminution de la capacité pendant les cycles de charge/décharge, ainsi limitant l'utilisation de matériaux spinelle au manganèse en tant que cathode des batteries au lithium. Alors, tous les travails de recherche qui visent à atténuer ce problème sont extrêmement important. La discussion ci-dessus est la motivation principale d’évaluation d’une méthode pour étudier Mn2+ dissolution à l'échelle microscopique. La microscopie électrochimique à balayage (SECM) a été appliquée parce qu’elle est capable de détecter le flux d'espèces localement à l'interface solide/liquide avec une haute résolution. Dans ce but, le chapitre 2 a été consacré à la conception d'une microsonde pour détecter des ions Mn2+ afin d’étudier les matériaux cathodiques Mn-spinelle. Cette microsonde fabriquée a monté une limite de détection basse (14 μM). Comme il existe très peu de rapports sur ce sujet, le développement de cette sonde est pratique pour les études futures de LIBs. En plus, l'instrumentation et les différents modes du SECM qui sont utilisés comme technique dans cette thèse a été élaboré dans le premier chapitre. La détection quantitative des ions Li+ dans les matériaux de batterie est détaillée dans les chapitres 3 et 4. Transport d’ions Li+ a un rôle fondamental dans les cycles de charge/décharge de la batterie. L'étude de ce transport est importante car elle démontre les caractéristiques de transport de masse à l'interface solide/solution. Ainsi, l'objectif principal du chapitre 3 est de développer une technique pour détecter la quantité d'ions Li+ dans la solution d'électrolyte. L’application de cette technique a été élaborée en détail dans le chapitre 4. Dans ce même chapitre, la résolution spatiale de la technique est évaluée en utilisant de courant d’ion de Li par micro-trou. La conclusion de cette recherche a été présentée dans le chapitre 5 ainsi que les méthodes expérimentales pour les études futures. L'objectif principal d’étude présente est de développer une technique analytique pour quantifier les cations qui sont libérés de l'électrode, afin d'améliorer les performances de la batterie et d'atténuer les effets négatifs des ions manganèse qui nuisent à l'efficacité de la batterie. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : SECM, La batterie lithium-ion, Matériaux cathodiques de type spinelle au manganèse, ASV, SWV, Détection quantitative des ions dans les composants de la batterie.

Type:	Thèse ou essai doctoral accepté
Informations complémentaires:	Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A.
Directeur de thèse:	Schougaard, Steen Brian
Mots-clés ou Sujets:	Batteries au lithium-ion / SECM / Ions métalliques / Manganèse / Spinelles / Cations
Unité d'appartenance:	Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	20 sept. 2022 09:43
Dernière modification:	20 sept. 2022 09:43
Adresse URL :	http://archipel.uqam.ca/id/eprint/15775

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