Synthèse et caractérisation de couches minces de dioxyde de vanadium dopé au chrome pour la réalisation d’électrodes pour les batteries li-ion.

Payeur, Antoine (2024). Synthèse et caractérisation de couches minces de dioxyde de vanadium dopé au chrome pour la réalisation d’électrodes pour les batteries li-ion. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 115 p.

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Résumé

Le dioxyde de vanadium (VO 2 ) est un matériau remarquable aux propriétés thermochromiques et de transition de phase qui suscite un intérêt croissant dans divers domaines, notamment l'électronique, la photonique et le stockage d'énergie. À température ambiante, le VO 2 présente une structure cristalline monoclinique stable, tandis qu'à des températures plus élevées, il subit une transition de phase vers une structure rutile tétragonale. Cette transition de phase est associée à une variation spectaculaire de ses propriét és é lectriques et optiques, telles que la conductivité électrique, la transmittance optique et le coefficient de réflexion.
Le dioxyde de vanadium est de plus en plus utilisé comme cathode pour les batteries Li ion en raison de sa capacité à capturer et libérer réversiblement des ions Li Cependant, ce matériau existe sous plusieurs phases cristallines à température ambiante, qui ont des propriétés électrochimiques différentes L'étude des phases M1 et M2 du VO 2 a été relativement limitée jusqu'à présent. Des études antérieures ont montré que la phase M2 peut être synthétisée en dopant le VO 2 avec du chrome, ses propriétés élec trochimiques restent inexplorées.
Ce mémoire porte sur l’étude des phases M1 et M2 du VO 2 , sous forme de couches minces fabriquées par ablation laser impulsionnel . U ne analyse des propriétés physiques sont effectuées via la diffraction des rayons X, la microscopie à force atomique, la microscopie électronique à balayage, la spectroscopie FTIR et la spectroscopie de photoélectrons. Les tests galvano statiques, réalisés à une densité de courant de 32 mA.g 1 , mettent en évidence une capacité spécifique maximale de 5 35 mAh g 1 pour les couches minces de VO 2 en phase M1 et une capacité maximale de 4 27 mAh g 1 pour celles en phase M2. Les tests voltampérométriques révèlen t une réactivité accrue du titane dans le cas de la phase M1 et un rôle plus important du VO 2 dans celui de la phase M2.

Vanadium dioxide (VO2) is a remarkable material with thermochromic and phase transition properties that are increasingly attracting interest in various fields, including electronics, photonics, and energy storage. At room temperature, VO2 exhibits a stable monoclinic crystalline structure, while at higher temperatures, it undergoes a phase transition to a tetragonal rutile structure. This phase transition is associated with a huge change in its electrical and optical properties, such as electrical conductivity, optical transmittance, and reflectance.
Vanadium dioxide is increasingly used as a cathode for Li-ion batteries due to its ability to reversibly capture and release Li+ ions. However, several crystalline phases exist at room temperature, which have different electrochemical properties. The study of the M1 and M2 phases of VO2 has been limited so far. While previous studies showed that the M2 phase can be synthesized by doping VO2 with chromium, its electrochemical properties remain unexplored.
This report focuses on the study of the M1 and M2 phases of VO2 thin films synthetized by pulsed laser deposition. The physical properties is conducted using X-ray diffraction, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, FTIR spectroscopy, and photoelectron spectroscopy. The galvanostatic tests, carried out at a current density of 32 mA.g⁻¹, highlight a maximum specific capacity of 535 mAh.g⁻¹ for the VO2 thin films in the M1 phase and a maximum capacity of 427 mAh.g⁻¹ for those in the M2 phase. The voltammetric tests reveal increased reactivity of titanium in the M1 phase and a more significant role of VO2 in the M2 phase.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Chaker, Mohamed
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Champeaux, Corinneet Dumas-Bouchiat, Fréderic
Mots-clés libres:	VO2 ; pulsed laser deposition ; thin films ; crystalline phase ; electrochemical performance ; doping ; Li-ion batteries ; VO2 ; ablation laser impulsionnel ; couches minces ; phasecristalline ; performance électrochimiques ; dopage ; batteriesLi-ion.
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	29 nov. 2024 01:56
Dernière modification:	29 nov. 2024 01:56
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16214

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