Development of eco-friendly hard carbons for Na-ion batteries

Développement de carbones durs éco-conçus pour les batteries Na-ion Des anodes en carbone dur, respectueuses de l'environnement, pour les batteries Na-ion, alternatives prometteuses des batteries actuelles du type Li-ion, ont été développées au cours de cette thèse. Des connaissances approfondies sur les propriétés physico-chimiques et électrochimiques des matériaux ainsi que sur leurs mécanismes de stockage des ions Na sont proposées. Trois catégories de précurseurs : la biomasse, les biopolymères et les polymères synthétiques sont sélectionnées pour synthétiser des carbones durs à propriétés bien maitrisées. Le développement des premières résines phénoliques respectueuses de l'environnement, alternative aux résines toxiques, a été mis au point. Ces nouvelles résines ont conduit à des carbones capables de délivrer une capacité de ~ 300 mAh/g. Un autre volet d’un grand intérêt a consisté en la mise au point d'électrodes carbonées sans liant et sans solvant qui ont servi de matériaux modèles pour la compréhension des mécanismes de stockage des ions Na. Cela a permis de démontrer expérimentalement la formation d'espèces d’intercalation sodiées par des techniques in-situ lors du fonctionnement de la batterie. L’impact des impuretés des biomasses sur les propriétés et les performances des carbones a également été étudié en détail. Dans la dernière partie de cette thèse, une transition des tests de l'échelle du laboratoire à grande échelle a été réalisée. Des électrodes compactes de sphères de carbones ont été développées, permettant l’obtention de performances exceptionnelles en batteries complètes. L'origine de ces performances est mise en évidence via de nombreuses corrélations propriétés – performances.