Soutenance de thèse de GIRISH SALIAN

Le nanotube de dioxyde de titane auto-supporté (TiO2 nts) est exploré en tant qu'électrode négative potentielle pour les microbatteries 3D Li-ion. La fabrication de nanotubes de TiO2 riches en Nb autosupportés par anodisation électrochimique d'alliages Ti-Nb a été étudiée. Les performances électrochimiques des nanotubes d'oxyde de titane non traité et alliés révèlent que lorsque la concentration en niobium augmente, la capacité augmente. Les nOs de TiO2 contenant 10% en poids de Nb délivrent une valeur supérieure, avec une bonne rétention de la capacité et une efficacité coulombique. L'utilisation des TiO2 nts, avec des revêtements Al2O3 uniformes d'épaisseurs différentes (préparés par dépôt de couche atomique, ALD), comme nouveau matériau d'électrode négative pour les microbatteries lithium-ion, a été étudiée. Les électrodes avec des revêtements Al2O3 très minces (~ 1 nm) présentent une performance électrochimique supérieure à celle des TiO2 non revêtus. Une capacité plus de 2 fois supérieure est reçue sur ces nanotubes de TiO2 enrobés, ainsi qu'une capacité de débit plus élevée et des efficacités coulombiques adaptées à leurs équivalents immaculés. Les Nanotubes de TiO2 avec du soufre synthétisés par recuit des ions TiO2 autosupportés dans une atmosphère de soufre ont été étudiés en tant que matériau positif potentiel (cathode) pour les microbatteries Li-ion 3D. Des caractérisations de matériaux telles que l'analyse MEB, XRD et TGA ont été effectuées sur l'électrode pour étudier l'influence de la sulfuration sur les n TiO2. La caractérisation électrochimique révèle l'excellente stabilité Le dépôt de l'électrolyte polymère à base de PEO (PMMA-PEG) portant le sel LiTFSI dans le TiO2 a été réalisé par la réaction d'électropolymérisation sur l'anode TiO2 et la cathode Lithum nickel manganese oxide (LNMO). Le dépôt de l'électrolyte polymère a été étudié par SEM, SEC (Chromatographie par exclusion de taille) et par spectroscopie d'impédance. Des caractérisations électrochimiques dans des demi-cellules et des cellules pleines pour les deux électrodes ont été effectuées pour les électrodes non enrobées et enrobées de polymère dans les cellules de Swagelok. La caractérisation électrochimique de toutes les microbatteries à l'état solide fabriquées en utilisant ces électrodes enrobées de polymère révèle que les valeurs de capacité obtenues à différentes vitesses C sont doublées lorsque les électrodes sont complètement remplies par l'électrolyte polymère que la microbatterie avec les électrodes brutes. L'excellente performance électrochimique est attribuée aux interfaces électrode-électrolyte améliorées dans les deux électrodes. Le dépôt de l'électrolyte polymère à base de PEO (PMMA-PEG) portant le sel LiTFSI dans le TiO2 a été réalisé par la réaction d'électropolymérisation sur l'anode TiO2 et la cathode Lithum nickel manganese oxide (LNMO). Le dépôt de l'électrolyte polymère a été étudié par SEM, SEC (Chromatographie par exclusion de taille) et par spectroscopie d'impédance. Des caractérisations électrochimiques dans des demi-cellules et des cellules pleines pour les deux électrodes ont été effectuées pour les électrodes non enrobées et enrobées de polymère dans les cellules de Swagelok. La caractérisation électrochimique de toutes les microbatteries à l'état solide fabriquées en utilisant ces électrodes enrobées de polymère révèle que les valeurs de capacité obtenues à différentes vitesses C sont doublées lorsque les électrodes sont complètement remplies par l'électrolyte polymère que la microbatterie avec les électrodes brutes. L'excellente performance électrochimique est attribuée aux interfaces électrode-électrolyte améliorées dans les deux électrodes

Self-supported titanium dioxide nanotube (TiO2 nts) is explored as a potential negative electrode for 3D Li-ion microbatteries. The fabrication of self-supported Nb rich TiO2 nts by electrochemical anodization of Ti–Nb alloys has been studied. The electrochemical performance of the pristine and the alloyed titania nanotubes reveals that as the niobium concentration increases the capacity increases. The TiO2 nts containing 10 wt% of Nb deliver a higher, with good capacity retention and coulombic efficiency. The utilization of the TiO2 nts, with uniform Al2O3 coatings of different thicknesses (prepared by atomic layer deposition, ALD), as the new negative electrode material for lithium-ion microbatteries, has been studied. Electrodes with very thin Al2O3 coatings (∼1 nm) show a superior electrochemical performance compared to that of the uncoated TiO2 nts. A more than 2 times higher capacity is received on these coated TiO2 nts as well as higher rate capability and coulombic efficiencies compered to their pristine counterparts. Self-supported LTO-TiO2 (Lithium titanate – Titanium dioxide) nanotubes as a potential negative electrode have been fabricated by the chemical lithiation technique of the amorphous TiO2 nts. SEM characterizations reveal that after the treatment the nanotubular morphology is retained. Electrochemical characterizations of the electrode were performed using Cyclic voltammetry and Galvanostatic cycling tests. The cycling tests revealed the excellent stability of the material for up to 500 cycles at 10C rate. Sulphurized TiO2 nts synthesized by annealing the self-supported TiO2 nts in sulphur atmosphere have been studied as a potential positive (cathode) material for 3D Li-ion microbatteries. Material characterizations like SEM, XRD and TGA analysis have been performed on the electrode to study the influence of the sulphurization on the TiO2 nts. The electrochemical characterization reveals the excellent stability of the cathode material up to 100 cycles at 1C rate and an operating voltage of 2.3 V. The deposition of PEO based polymer electrolyte (PMMA-PEG) carrying LiTFSI salt into TiO2 nts has been achieved by the electropolymerization reaction on the TiO2 nts anode and the Lithum nickel manganese oxide (LNMO) cathode. The deposition of the polymer electrolyte has been studied by SEM, SEC (Size exclusion chromatography) and Impedance spectroscopy. Electrochemical characterizations in half and full cells for both the electrodes have been performed for the uncoated and polymer coated electrodes in the Swagelok cells. The electrochemical characterization of all solid state microbattery fabricated using these polymer coated electrodes reveal that the capacity values obtained at different C-rates are doubled when the electrodes are completely filled by the polymer electrolyte than the microbattery with the raw electrodes. The excellent electrochemical performance is attributed to the Improved electrode-electrolyte interfaces in both the electrodes.