Un nanotube de dioxyde de titane autoporteur (TiO2 nts) est exploré en tant qu’électrode négative potentielle pour les microbatteries Li-ion 3D. Différentes modifications chimiques du TiO2 ont été explorées et étudiées, comme le TiO2 allié au Nb, le TiO2 revêtu d'ALD-Al2O3, le titanate de lithium-TiO2 et le TiO2 sulfuré. Le dépôt d'électrolyte polymère à base de PEO (oxyde d'éthylène) (PMMA-PEG) portant le sel de LiTFSI dans du TiO2 a été obtenu par la réaction d'électropolymérisation sur l'anode TiO2 et la cathode Lithum nickel oxyde de manganèse (LNMO). L'objectif principal ici était d'exploiter la surface active des électrodes par électrodéposition et d'améliorer ainsi l'interface électrode-électrolyte. Une telle micro-batterie contenant des électrodes revêtues de polymère révèle que les valeurs de capacité obtenues à différents taux de C sont doublées lorsque les électrodes sont complètement remplies par l'électrolyte polymère par rapport à la micro-batterie à électrodes brutes. Les excellentes performances électrochimiques sont attribuées 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. Different chemical modifications on the TiO2 nts have been explored and studied like Nb-alloyed TiO2 nts, ALD-Al2O3 coated TiO2 nts, Lithium titanate-TiO2 nts and sulphurized TiO2 nts. The deposition of PEO (polyethylene oxide) 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 main aim here was to exploit the active surface area of the electrodes using electrodeposition and there by enhance the electrode-electrolyte interface. Such a microbattery containing 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 compared with the microbattery with the raw electrodes. The excellent electrochemical performance is attributed to the improved electrode-electrolyte interfaces in both the electrodes

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第23286号 / 人博第1001号 / 新制||人||236(附属図書館) / 2020||人博||1001(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 内本 喜晴, 教授 田部 勢津久, 教授 高木 紀明 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第21432号 / 人博第870号 / 2018||人博||870(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 内本 喜晴, 教授 田部 勢津久, 教授 吉田 鉄平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第24149号 / 人博第1052号 / 新制||人||246(附属図書館) / 2022||人博||1052(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 内本 喜晴, 教授 吉田 鉄平, 准教授 松井 敏明, 教授 林 晃敏 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第23995号 / 人博第1047号 / 新制||人||245(附属図書館) / 2022||人博||1047(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 内本 喜晴, 教授 中村 敏浩, 教授 陰山 洋, 教授 雨澤 浩史 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

L'évolution des consommations énergétiques au cours des dernières décennies entraîne des modifications majeures dans la conception des systèmes électriques autonomes à fournir, que ce soit pour des applications électriques ou électroniques. La nécessité présente de réaliser des générateurs capables de délivrer l'énergie suffisante, avec une garantie de sûreté maximale, impose à la recherche l'exploration de nouvelles voies de stockage. Les voies actuelles par accumulateurs au lithium tendent à montrer leurs limites, tant stratégiques qu'environnementales. Dans ce cadre, la construction de nouveaux systèmes électrochimiques mettant en œuvre le sodium ouvre une possibilité de réalisation d'accumulateurs sans lithium. Le besoin de batteries toujours plus performantes oblige à des conceptions innovantes, abandonnant la voie liquide au profit de systèmes tout solide plus sécuritaires. De plus, la miniaturisation de l'électronique conduit à revoir le dimensionnement des batteries, vers des batteries de type micro, pour lesquelles l'intérêt d'un empilement tout solide n'est plus à démontrer. Aujourd'hui, des verres de chalcogénures au soufre permettent l'accès à des conductivités ioniques qui laissent entrevoir la possibilité d'une réalisation de batteries tout solide, à la fois sous forme de micro batteries ou de batteries massives. Un effort de recherche a été porté à la formulation de ces verres de chalcogénures afin d'obtenir des conductivités ioniques maximales et des propriétés autorisant leur utilisation comme électrolyte. La modification de ces verres met alors en lumière l'intérêt des différents éléments les composant. L'étude de la mise en forme de l'électrolyte par dépôts de type couches minces (obtenues par Radio Fréquence Magnétron Sputering, RFMS) prouve la faisabilité de ces micro batteries tout solide au sodium. Par la suite, la réalisation de batteries massives tout solide a demandé la synthèse de deux matériaux de cathode (NaCrO2 et Na[Ni0,25Fe0,5Mn0,25]O2) et de deux matériaux d'anode (Na15Sn4 et Na) permettant ainsi la mise en œuvre de quatre empilements électrochimiques, tous caractérisés comme accumulateurs. Enfin, l'amélioration des interfaces grâce à un gel-polymère a permis de perfectionner les propriétés des assemblages avec notamment une augmentation des vitesses de charge/décharge et une mobilisation accrue des matériaux actifs de cathode. / The evolution of energy consumption in recent decades has led to major changes in the design of autonomous electrical systems dedicated to either electrical or electronic applications. The present demand to build generators capable of delivering sufficient energy, with a guarantee of maximum safety, requires to explore new storage routes. The current lithium battery routes tend to show their limits, both strategic and environmental. In this context, the construction of new electrochemical systems implementing sodium opens the way of the lithium-free accumulators production. The need for ever more efficient batteries requires innovative designs, giving up the liquid path in favor of stronger solid systems. In addition, the miniaturization of electronics leads to a review of the size of the batteries, to micro-type batteries, for which the interest of a solid stack is no longer to demonstrate. Today, sulfur chalcogenide glasses allow access to ionic conductivities that suggest the possibility of a realization of all solid batteries, both in the form of micro batteries or massive batteries. A research effort has been made to formulate these chalcogenide glasses in order to obtain a maximum of ionic conductivity and properties allowing their use as electrolytes. The composition of these glasses highlights the interest of the different elements for such properties. The study of the electrolyte shaping by thin-film deposition (obtained by Radio Frequency Magnetron Sputering, RFMS) proves the feasibility of these all-solid sodium micro-batteries. Subsequently, the realization of massive all solid batteries required the synthesis of two cathode materials (NaCrO2 and Na [Ni0.25Fe0.5Mn0.25]O2) and two anode materials (Na15Sn4 and Na) thus allowing the implementation of four electrochemical stacks, all characterized as accumulators. Finally, the improvement of the interfaces thanks to a gel-polymer made it possible to improve the properties of the assemblies with notably an increase of the speeds of charge / discharge and an enhanced mobilization of the cathode active materials.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第23287号 / 人博第1002号 / 新制||人||236(附属図書館) / 2020||人博||1002(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 内本 喜晴, 教授 田部 勢津久, 准教授 戸﨑 充男 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24873号 / 理博第4983号 / 新制||理||1711(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 北川 宏, 教授 有賀 哲也, 教授 堀毛 悟史 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM