Conception de nanomatériaux de TiO2 pour le stockage d'énergie : batteries à ion lithium

Les nanomatériaux de dioxyde de titane (TiO2) sont de potentiels matériaux d’électrode, pour l’application batterie à ion lithium, et pourrons remplacer le graphite, qui est l’actuel matériau d’anode. Ces nanomatériaux ont l’avantage d’avoir une faible variation de volume, lors de l’insertion/désertion des ions lithium, et une capacité volumétrique élevée.Dans ces travaux de thèse, nous avons synthétisé des nanomatériaux de différentes morphologies en utilisant des nanoagrégats de TiO2 comme précurseur, une solution alcaline et la méthode de synthèse hydrothermale. En faisant varier la température et le temps de réaction, nous avons montré qu’il est possible de préparer différentes morphologies de TiO2, tels que les nanofeuillets, les nanotubes, les nanoursins et les nanorubans. En utilisant les agrégats de TiO2, comme précurseurs et en faisant varier les conditions de synthèse, nous avons pu comprendre certains mécanismes de formation des différentes morphologies, par des processus d’exfoliation/coalescence et enroulement. Nous avons utilisé les poudres préparées, comme matériaux d’anode pour les batteries à ion lithium, et nous nous sommes intéressés à l’influence de la morphologie des poudres sur la capacité et la cyclabilité des batteries à ion lithium. Nos résultats ont mis en évidence la transformation de la morphologie des poudres, lors des premiers cycles de décharge/charge en agrégats de TiO2, par un processus de désintégration. Après, les premiers cycles, nous avons montré que c’est plutôt la surface spécifique et la porosité des nanoagrégats de TiO2, qui dominent les performances des batteries à ion lithium.Par ailleurs, nous avons préparé des nanobâtonnets de TiO2, avec différents taux de couverture de nanoagrégats de TiO2, en faisant varier principalement la température, et en utilisant la méthode de synthèse hydrothermale. En utilisant ces poudres comme matériaux d’anode pour les batteries à ion lithium, nous avons montré que les variations du taux de couverture des nanobâtonnets par les agrégats a une influence sur les performances des batteries, en terme de capacité et de cyclabilité. Ce résultat, nous l’avons expliqué par différentes connectivités des pores dans les poudres préparées.