Composés à base d’éléments du groupe p comme matériaux d’électrode négative pour accumulateurs K-ion

L’utilisation massive de batteries Li-ion au cours des deux dernieres decennies a pousse les chercheurs de la communaute scientifique a s’interesser a des systemes alternatifs bases sur des elements abondants et peu couteux. Parmi ces nouveaux systemes, les batteries Na-ion sont rapidement passees de simples prototypes de laboratoire a des systemes sur le point d’etre commercialises. Plus recemment, l’interet de la communaute des batteries s’est porte sur l’utilisation du potassium. Cet element presente des atouts non negligeables pour le developpement de batteries a haute densite d’energie et de puissance en raison du faible potentiel standard du couple K+/K (vs. ESH) et des faibles energies de desolvatation des ions K+ dans les solvants organiques usuels. Les travaux de cette these ont ete dedies a l’etude des mecanismes reactionnels de potassiation/depotassiation de materiaux d’electrodes negatives. La comprehension des mecanismes qui regissent le fonctionnement des batteries est essentielle pour le developpement de ces dernieres. Elle permet aussi de prevenir des defaillances et de guider les recherches sur l’optimisation des materiaux d’electrode et d’electrolyte. Pour cela, deux grandes familles de materiaux d’electrodes negatives ont ete etudiees au cours de cette these : les materiaux carbones et plus specifiquement le graphite, et les materiaux d’alliages a base d’elements du bloc p de la classification periodique comme l’antimoine, le bismuth, le plomb et l’etain. L’emploi de differentes techniques de caracterisation en conditions ex situ et operando a permis d’obtenir de nouvelles informations approfondies sur les mecanismes reactionnels de ces materiaux dans les batteries K-ion. Enfin, les formulations de l’electrode et de l’electrolyte ont ete identifiees comme points cles batteries pour l’optimisation des performances du graphite et des materiaux d’alliages. Meme si la recherche sur les batteries K-ion reste encore au stade fondamental, ces premiers resultats sont prometteurs et laissent entrevoir un possible avenir de ces batteries pour le stockage de l’energie d’applications stationnaires.