Advanced Electrolytes for Calcium Batteries

Aujourd'hui, les batteries Li-ion sont les meilleurs systemes de stockage d'energie rechargeable; cependant, apres des decennies d'ameliorations, la technologie pourrait atteindre ses limites. Les batteries au calcium representent une alternative prometteuse aux systemes electrochimiques au Li-ion. L'abondance du calcium, son faible potentiel redox et sa grande capacite volumetrique sont attractif. Cependant, le developpement de ces systemes est entrave en raison du manque d'electrolytes efficaces et du manque de materiaux d’electrode positive. L'objectif de ce projet est de developper et de tester a la fois de nouveaux electrolytes et de nouveaux materiaux d'electrode pour batteries a temperature ambiante en transferant l'experience des systemes Mg.Nous avons synthetise a temperature ambiante le sel Ca[B(hfip)4]2×4DME et l'avons utilise dans electrolyte. Le phenomene de deposition/dissolution electrochimique du calcium a ete observe, a temperature ambiante et de maniere reversible, ainsi qu’une grande stabilite electrochimique jusqu'a 4 V. En outre, nous avons demontre qu’un polymere a base d'anthraquinone pouvait etre utilise comme materiau de cathode pour developper des batteries Ca-organiques a haute densite d'energie. L'etude du mecanisme electrochimique confirme la reduction reversible de la liaison carbonyle du squelette anthraquinone et la coordination avec les cations Ca2+ a l'etat decharge. Enfin, nous avons combine une anode de calcium et une cathode a base de soufre pour creer une preuve de concept d’une batterie Ca/S fonctionnant a temperature ambiante. Ce systeme innovant se caracterise par une stabilite cyclique a moyen terme avec une capacite specifique elevee. Des informations sur le mecanisme electrochimique ont ete obtenues pour la premiere fois en combinant les spectroscopies XPS et XAS. L'activite electrochimique reversible implique la formation de differents types d'especes de polysulfures solubles pendant la charge et la decharge. Ces resultats prometteurs ouvrent la voie au developpement des systemes Ca/S emergents.