Prénom Nom Jérémy Freixas
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Sujet de thèse 
Microbatteries 3D zinc-air ou comment repousser les limites des technologies lithium-ion
3D zinc-air microbatteries, a way of pushing limits of lithium-ion technologies
Microbatteries 3D zinc-air ou comment repousser les limites des technologies lithium-ion 3D zinc-air microbatteries, a way of pushing limits of lithium-ion technologiesRésumé de thèse Ces travaux de thèse se sont focalisés sur l'aide de procédés de dépôts conformes. Cette la miniaturisation d'une batterie zinc-air, dispositif qui démarche a permis la mise au point d'une électrode présente l'avantage d'avoir une densité d'énergie métallique 3D en zinc (couche mince de 300nm) massique et volumique théorique supérieure à celle présentant une capacité spécifique de 1 mAh.cm·2 en de la technologie lithium-ion, majoritairement étudiée milieu aqueux (hydroxyde de potassium O, 7M). La dans la littérature. Le micro-usinage d'un substrat de tension de la cellule est de 1,2V. Pour la première silicium permet de définir le squelette d'électrodes à fois, une électrode à air miniaturisée a été fabriquée, forte surface spécifique : le gain géométrique des basée sur la création d'un réseau de micro-canaux structures 3D se répercute alors sur les performances poreux sur la face avant du substrat silicium, et la de stockage des charges des électrodes de la gravure d'une cavité sur la face arrière. Dès lors que microbatterie. Différentes géométries de le silicium est usiné, un dépôt de platine permet microstructures 30 ont, été étudiées : à titre d'assurer le caractère conducteur de l'électrode d'exemple, des tubes de taille micrométrique (4,2μm tandis qu'un dépôt de dioxyde de manganèse lui de diamètre), profonds de 109μm {rapport d'aspect de apporte des propriétés catalytiques. Ce concept 60: 1) permettent d'obtenir un rapport entre. la surface original d'électrode à air 30 présente un spécifique et l'empreinte surfacique de 70. Ce fonctionnement similaire à une électrode squelette est ensuite recouvert de matériaux actifs à commerciale, malgré une taille bien plus réduite.
The studies presented in the frame of this depositions methods. This process leads to a 3D thesis are focused on zinc-air battery miniaturization, zinc metallic anode (300nm-thick) exhibiting a an electrochemical energy storage system that shows surface capacity of 1 mAh.cm-2 in aqueous electrolyte a higher volumetric and gravimetric energy density (potassium hydroxide 0,7M). Cell voltage is 1,2V. For than the lithium-ion technology, mostly investigated in the first time in literature, a miniaturized air electrode literature. The micromachining of a silicon substrate has been manufactured, based on a porous allows designing a high specific surface scaffold: 3D microchannel network on the front side of silicon geometrical gain enhances the properties of charge substrate, and the etching of a cavity on the back storage for the electrodes of the microbattery. 3D side. Once silicon wafer is micromachined, a microstructures exhibiting various geometrical platinum conformal thin film provides the conductive designs have been studied: for instance, silicon properties to the electrode while a manganese micro-tubes (4,2μm outer diameter) 109 μm-depth dioxide layer enhances the catalytic activity. This (60:1 aspect ratio) provide a specific surface to the original concept of 3D air electrode presents a footprint ratio close to 70. Then, this scaffold is coated behavior similarly to a commercial one, but with a by the active materials using conformal significant reduced size.
Jury de thèse
Ces travaux de thèse se sont focalisés sur l'aide de procédés de dépôts conformes. Cette la miniaturisation d'une batterie zinc-air, dispositif qui démarche a permis la mise au point d'une électrode présente l'avantage d'avoir une densité d'énergie métallique 3D en zinc (couche mince de 300nm) massique et volumique théorique supérieure à celle présentant une capacité spécifique de 1 mAh.cm·2 en de la technologie lithium-ion, majoritairement étudiée milieu aqueux (hydroxyde de potassium O, 7M). La dans la littérature. Le micro-usinage d'un substrat de tension de la cellule est de 1,2V. Pour la première silicium permet de définir le squelette d'électrodes à fois, une électrode à air miniaturisée a été fabriquée, forte surface spécifique : le gain géométrique des basée sur la création d'un réseau de micro-canaux structures 3D se répercute alors sur les performances poreux sur la face avant du substrat silicium, et la de stockage des charges des électrodes de la gravure d'une cavité sur la face arrière. Dès lors que microbatterie. Différentes géométries de le silicium est usiné, un dépôt de platine permet microstructures 30 ont, été étudiées : à titre d'assurer le caractère conducteur de l'électrode d'exemple, des tubes de taille micrométrique (4,2μm tandis qu'un dépôt de dioxyde de manganèse lui de diamètre), profonds de 109μm {rapport d'aspect de apporte des propriétés catalytiques. Ce concept 60: 1) permettent d'obtenir un rapport entre. la surface original d'électrode à air 30 présente un spécifique et l'empreinte surfacique de 70. Ce fonctionnement similaire à une électrode squelette est ensuite recouvert de matériaux actifs à commerciale, malgré une taille bien plus réduite. The studies presented in the frame of this depositions methods. This process leads to a 3D thesis are focused on zinc-air battery miniaturization, zinc metallic anode (300nm-thick) exhibiting a an electrochemical energy storage system that shows surface capacity of 1 mAh.cm-2 in aqueous electrolyte a higher volumetric and gravimetric energy density (potassium hydroxide 0,7M). Cell voltage is 1,2V. For than the lithium-ion technology, mostly investigated in the first time in literature, a miniaturized air electrode literature. The micromachining of a silicon substrate has been manufactured, based on a porous allows designing a high specific surface scaffold: 3D microchannel network on the front side of silicon geometrical gain enhances the properties of charge substrate, and the etching of a cavity on the back storage for the electrodes of the microbattery. 3D side. Once silicon wafer is micromachined, a microstructures exhibiting various geometrical platinum conformal thin film provides the conductive designs have been studied: for instance, silicon properties to the electrode while a manganese micro-tubes (4,2μm outer diameter) 109 μm-depth dioxide layer enhances the catalytic activity. This (60:1 aspect ratio) provide a specific surface to the original concept of 3D air electrode presents a footprint ratio close to 70. Then, this scaffold is coated behavior similarly to a commercial one, but with a by the active materials using conformal significant reduced size.| Function | Name | Title, University, enterprise |
|---|---|---|
| chairman | Alain Billard | Professeur, Universite de Technologies de Belfort Montbéliard |
| directors | Thierry Brousse | Professeur - Université de Nantes |
| Christophe Lethien | MCF HDR, Université de Lille | |
| referees | Thierry Djenizian | Professeur, Mines de Saint Etienne |
| Frédéric Favier | DR, Institut Charles Gerhardt Montpellier | |
| Jean-Pierre Pereira-Ramos | DR, Institut de chimie des matériaux Paris-Est | |
| invited_p | Pierre-Yves Tessier | Professeur - Université de Nantes |
| Mathieu Bervas | Direction Générale de l'Armement |