Modifications structurales des carbones durs par irradiation laser CO : vers des applications dans les batteries Na-ion
Le développement de matériaux de haute performance par des voies de synthèse économes en temps et en énergie est un axe de recherche majeur dans le contexte actuel où la crise énergétique est devenue un défi mondial. Dans ce travail, des carbones durs nanostructurés, sous la forme d'un film con...
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| 第一著者: | |
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| その他の著者: | , , , , , , |
| フォーマット: | Thèse numérique |
| 言語: | Français |
| 出版事項: |
2022.
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| 主題: | |
| オンライン･アクセス: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2022ORLE1064_va.pdf http://www.theses.fr/2022ORLE1064/abes https://theses.hal.science/tel-04469612 |
| 注記: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Jean-Francois Bardeau (Président du jury) ; Jean-Francois Bardeau, Djamila Hourlier-Bahloul, Wolfgang Bacsa, Encarnación Raymundo-Pinero, Sébastien Cahen (Membre(s) du jury) ; Djamila Hourlier-Bahloul, Wolfgang Bacsa (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Structural modifications of hard carbons using CO laser irradiation :, towards applications in Na-ion batteries |
| 要約: | Le développement de matériaux de haute performance par des voies de synthèse économes en temps et en énergie est un axe de recherche majeur dans le contexte actuel où la crise énergétique est devenue un défi mondial. Dans ce travail, des carbones durs nanostructurés, sous la forme d'un film constitué de fibres, ont été préparés par irradiation laser CO (sur les deux faces de l'échantillon) qui représente une voie de synthèse éco-efficace et prometteuse. L'objectif de cette méthode de synthèse est de modifier structuralement les matériaux pour leur utilisation possible dans les électrodes négatives des batteries Na-ion. L'intérêt réside dans la rapidité avec laquelle l'échantillon peut être chauffé ou refroidi, et les températures assez élevées (3000 ů) qui peuvent être atteintes. Afin de mieux comprendre les modifications structurales (en surface et en profondeur) des carbones durs induites par laser CO , un ensemble de carbones durs et mous traités dans un four (températures connues et contrôlées) a été étudié presque exclusivement par spectroscopie de diffusion Raman. Il a été l'occasion d'aborder certaines questions liées à l'applicabilité de cette technique optique aux carbones (durs et mous) polis. Les résultats obtenus par spectroscopie Raman polarisée résolue en angle apportent une avancée importante dans la compréhension de l'origine et l'évolution homogène ou hétérogène de la bande D, souvent utilisée dans la littérature pour estimer le degré de désordre intrinsèque dans les carbones sp . Le contrôle des conditions d'irradiation laser CO sous vide ou sous un environnement inerte a permis d'apporter les modifications structurales requises en quelques minutes, comme attesté par imagerie Raman, malgré les architectures complexes des films de carbones tissés. Cette modification structurale a un impact clair sur les propriétés électrochimiques. Par exemple, une irradiation de 2 minutes à une température T = 1600 ů permet d'obtenir la capacité maximale de stockage (309.64 mAh.g ) des ions Na dans la structure carbonée avec une efficacité coulombique initiale de 84.5 %. Enfin, une nouvelle cellule d'irradiation laser a été développé dans le cadre de cette thèse permettant d'élargir la zone irradiée (aussi sur les deux faces de l'échantillon) de manière contrôlée et motorisée, pour une synthèse des carbones durs à grande échelle. The development of high performance materials through time and energy efficient synthesis routes is a major research theme in the current context where the energy crisis has become a global challenge. In this work, nanostructured hard carbons, in the form of a film made of carbon fiber (CF), were prepared by continuous CO laser irradiation (on both sides of the sample) which represents a promising eco-efficient synthesis route. The objective of this synthesis method is to structurally modify the materials for their possible use in negative electrodes of Na-ion batteries. The interest of the thermal treatment by CO lasers lies in the speed with which the sample can be heated or cooled, and the rather high temperatures (3000ů) that can be reached. In order to better understand the structural modifications (in surface and depth) of hard carbons induced by CO laser, a set of hard and soft carbons treated in a furnace (with known and controlled temperatures) was studied almost exclusively by Raman spectroscopy. It was an opportunity to address some questions related to the applicability of this optical technique to polished carbons (hard and soft). The results obtained by angle-resolved Raman spectroscopy bring an important advance in the understanding of the origin and the homogeneous or heterogeneous evolution of the D band, often used in the literature to estimate the degree of intrinsic disorder in sp carbons. Controlling CO laser irradiation conditions under vacuum or under an inert environment has allowed the required structural modifications to be made within minutes, as attested by Raman imaging despite the complex architectures of the woven carbon films. This structural modification has a clear impact on the electrochemical properties. For example, a 2 minutes irradiation at a temperature T = 1600 ů allows obtaining the maximum storage capacity (309.64 mAh.g ) of Na ions in the carbon structure with an initial coulombic efficiency of 84.5 %. Finally, a new laser irradiation cell has been developed in this thesis allowing to increase the irradiated area (also on both sides of the sample) in a controlled and motorized way, for a large scale synthesis of hard carbons. |
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| 記述事項: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Jean-Francois Bardeau (Président du jury) ; Jean-Francois Bardeau, Djamila Hourlier-Bahloul, Wolfgang Bacsa, Encarnación Raymundo-Pinero, Sébastien Cahen (Membre(s) du jury) ; Djamila Hourlier-Bahloul, Wolfgang Bacsa (Rapporteur(s)) |
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