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1. Dual-Cation Electrolytes for High-Power and High-Energy LTO//AC Hybrid Capacitors

Author: Natsuki Miyashita, Wako Naoi, Yu Chikaoka, Shinichi Seto, Masato Sakurai, Patrice Simon, McMahon Thomas Homer Reid, Tsukasa Ueda, Katsuhiko Naoi, Etsuro Iwama, Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), K & W Inc. (JAPAN), Sorbonne Université (FRANCE), Tokyo University of Agriculture and Technology - TUAT (JAPAN), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), PSL Research University (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Materials science, Supporting electrolyte, Matériaux, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, law.invention, law, Physical and Theoretical Chemistry, Power density, Resistive touchscreen, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Capacitor, General Energy, Chemical engineering, Overvoltage, Electrode, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Dual-cation electrolyte systems, which contain two cations [Li+ and spiro-1,1′-bipyrrolidinium (SBP+), are proposed to enhance the power capability of hybrid capacitors composed of thick Li4Ti5O12 (LTO) negative (200 μm) and activated carbon (AC) positive electrodes (400 μm), which thus reduces the resistive overvoltage in the system. Detailed studies of the mass transport properties based on the combination of spectroscopy and electrochemical analysis have shown that the presence of SBP+, despite slower Li+ transport in the electrolyte bulk, further reduces overvoltage associated with migration limitation in the thick LTO electrode macropores. This study on the dual-cation electrolyte quantifies the influence of the addition of a supporting electrolyte and shows interest in SBPBF4 addition for increasing the output power density of hybrid capacitors with a thick electrode configuration.
Published: 2020

2. Carbon-carbon supercapacitors: Beyond the average pore size or how electrolyte confinement and inaccessible pores affect the capacitance

Author: Céline Merlet, Patrice Simon, El Hassane Lahrar, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Capacitance, Adsorption, Physical and Theoretical Chemistry, Supercapacitor, Condensed Matter - Materials Science, Nanoporous, Reinforced carbon–carbon, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry, Chemical physics, 0210 nano-technology, Porous medium, Carbon
Abstract: International audience; Carbon-carbon supercapacitors are high power electrochemical energy storage systems which store energy through reversible ion adsorption at the electrode-electrolyte interface. Due to the complex structure of the porous carbons used as electrodes, extracting structure-property relationships in these systems remains a challenge. In this work, we conduct molecular simulations of two model supercapacitors based on nanoporous electrodes with the same average pore size, a property often used when comparing porous materials, but different morphologies. We show that the carbon with the more ordered structure, with a well defined pore size, has a much higher capacitance than the carbon with the more disordered structure, and broader pore size distribution. We analyze the structure of the confined electrolyte and show that the ions adsorbed in the ordered carbon are present in larger quantities and are also more confined than for the disordered carbon. Both aspects favor a better charge separation and thus a larger capacitance. In addition, the disordered electrodes contain a significant amount of carbon atoms which are never in contact with the electrolyte, carry a close to zero charge and are thus not involved in the charge storage. The total quantities of adsorbed ions and degrees of confinement do not change much with the applied potential and as such, this work opens the door to computationally tractable screening strategies.
Published: 2021

3. Designing ionic channels in novel carbons for electrochemical energy storage

Author: Patrice Simon, Jianglin Ye, Yanwu Zhu, Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), University of Science and Technology of China - USTC (CHINA), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), University of Science and Technology of China [Hefei] (USTC), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, ionic channels, Matériaux, Materials Science, Carbon materials, chemistry.chemical_element, Ionic bonding, Review, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Energy storage, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Ion, law.invention, Adsorption, law, Multidisciplinary, carbon materials, electrochemical energy storage, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ion kinetics, Ionic channels, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Capacitor, chemistry, Chemical engineering, Electrode, Electrochemical energy storage, Ion kinetics, 0210 nano-technology, Carbon
Abstract: Tremendous efforts have been dedicated to developing high-performance energy storage devices based on the micro- or nano-manipulation of novel carbon electrodes, as certain nanocarbons are perceived to have advantages such as high specific surface areas, superior electric conductivities, excellent mechanical properties and so on. In typical electrochemical electrodes, ions are intercalated/deintercalated into/from the bulk (for batteries) or adsorbed/desorbed on/from the surface (for electrochemical capacitors). Fast ionic transport, significantly determined by ionic channels in active electrodes or supporting materials, is a prerequisite for the efficient energy storage with carbons. In this report, we summarize recent design strategies for ionic channels in novel carbons and give comments on the promising features based on those carbons towards tailorable ionic channels.
Published: 2019

4. Two-dimensional MXenes for electrochemical capacitor applications: Progress, challenges and perspectives

Author: Qizhen Zhu, Patrice Simon, Bin Xu, Jiapeng Li, Beijing University of Chemical Technology, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Beijing University of Chemical Technology - BUCT (CHINA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), and Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Subjects: Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Energy storage, Pseudocapacitance, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, law, Devices, General Materials Science, MXene-based composites, Electrochemical capacitor, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Capacitor, Electrode, Electrode materials, 0210 nano-technology, MXenes, MXene
Abstract: International audience; MXenes, a family of 2D transition metal carbides/nitrides with a general formula of Mn+1XnTx (n=1∼3), show promising potential for energy storage applications owing to their 2D lamellar structure, impressive density, metallic-like conductivity, tunable terminations and intercalation pseudocapacitance charge storage mechanism. Various combinations of transition metals, C and/or N, as well as different n layers result in a broad range of MXenes, but only about a small number have been prepared and used for capacitive energy storage applications (supercapacitors) so far, with Ti3C2Tx being the most studied one. This review summarizes the recent advances, achievements and challenges of MXenes for supercapacitors. The preparation methods, composition versatility, material and electrode architectures, chemical modification and hybridization with other active materials of MXenes are presented. Moreover, the electrochemical characterizations and energy storage mechanisms of MXenes in aqueous and non-aqueous electrolytes are discussed, as well as the preparation of flexible and printable MXene-based electrodes and devices. Finally, perspective is also given, providing guidance for the future development of MXenes with advanced performances for designing the next generation of supercapacitors.
Published: 2021

5. Probing and Interpreting the Porosity and Tortuosity Evolution of Li-O 2 Cathodes on Discharge through a Combined Experimental and Theoretical Approach

Author: Pieter C. M. M. Magusin, Lauren E. Marbella, Clare P. Grey, Arnaud Demortière, Zeliang Su, Simon Engelke, Vincent De Andrade, Amangeldi Torayev, Céline Merlet, Alejandro A. Franco, Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Chemistry [Cambridge, UK], University of Cambridge [UK] (CAM), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Department of Chemical Engineering [Columbia], University of Missouri [Columbia] (Mizzou), University of Missouri System-University of Missouri System, Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Grey, Clare [0000-0001-5572-192X], Apollo - University of Cambridge Repository, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Columbia University (USA), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), University of Cambridge (UNITED KINGDOM), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), ALISTORE-ERI (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie - RS2E (Amiens, France), Argonne National Laboratory (Argonne, USA), Apollo-University Of Cambridge Repository, Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Tortuosity, Article, Physical and Theoretical Chemistry, Diffusion (business), Porosity, 021001 nanoscience & nanotechnology, Li-O2 Cathodes, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, General Energy, Knudsen diffusion, Chemical engineering, Particle, 0210 nano-technology, Pulsed field gradient, Porous medium
Abstract: International audience; Li-O2 batteries offer a high theoretical discharge capacity due to the formation of light discharged species such as Li2O2 , which fill the porous positive electrode. However, in practice, it is challenging to reach the theoretical capacity and completely utilize the full electrode pore volume during discharge. With the formation of discharge products, the porous medium evolves, and the porosity and tortuosity factor of the positive electrode are altered through shrinkage and clogging of pores. A pore shrinks as solid discharge products accumulate, the pore clogging when it is filled (or when access is blocked). In this study, we investigate the structural evolution of the positive electrode through a combination of experimental and computational techniques. Pulsed field gradient nuclear magnetic resonance results show that the electrode tortuosity factor changes much faster than suggested by the Bruggeman relation (an equation that empirically links the tortuosity factor to the porosity) and that the electrolyte solvent affects the tortuosity factor evolution. The latter is ascribed to the different abilities of solvents to dissolve reaction intermediates, which leads to different discharge product particle sizes: on discharging using 0.5M LiTFSI in dimethoxyethane, the tortuosity factor increases much faster than for discharging in 0.5M LiTFSI in tetraglyme. The correlation between a discharge product size and tortuosity factor is studied using a pore network model, which shows that larger discharge products generate more pore clogging. The Knudsen diffusion effect, where collisions of diffusing molecules with pore walls reduce the effective diffusion coefficients, is investigated using a kinetic Monte Carlo model and is found to have an insignificant impact on the effective diffusion coefficient for molecules in pores with diameters above 5 nm, i.e., most of the pores present in the materials investigated here. As a consequence, pore clogging is thought to be the main origin of tortuosity factor evolution.
Published: 2021
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6. An Artificial Interface for High Cell Voltage Aqueous-Based Electrochemical Capacitors

Author: Olarte, Marco, Menu, Marie-Joëlle, Simon, Patrice, Gressier, Marie, Taberna, Pierre-Louis, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), and Université de Montpellier (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Matériaux, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, High Cell Voltage, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, Electrochemical Capacitors
Abstract: International audience; Aqueous electrolytes are very effective for supercapacitor applications but their narrow electrochemical potential window (∼1 V) and associated limited energy currently limits their use. Here, we demonstrate a new strategy to enlarge the potential window by designing an artificial interface (ai). An effective ai was achieved via a mixture of siloxanes doped with an ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMI TFSI). Indeed, the as-deposited ai on the carbon-based electrode hinders the electron charge transfer but not the ionic charge transfer, making the ai ionic conductive. As a result, a cell voltage of about 1.8 V was obtained in aqueous electrolyte-EMI HSO4 1 mol l−1 in water. Used as a membrane, the ai was found to be ionically specific to EMI+; the proton transference number being close to zero. These results show the strategy of developing an ai at the electrode/electrolyte interface could represent a new path for aqueous-based carbon-carbon supercapacitors to reach higher cell voltages, providing both higher specific energy and power.
Published: 2021

7. Decoupling the effect of vacancies and electropositive cations on the anionic redox processes in Na based P2-type layered oxides

Author: Xue Bai, Jean-Marie Tarascon, Antonella Iadecola, Patrick Rozier, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut de Chimie Moléculaire de Grenoble - ICMG (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Inorganic chemistry, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Redox, Na-ion batteries, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Layered structure, General Materials Science, Electrode material, Oxygen activity, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Doping, 021001 nanoscience & nanotechnology, Structural evolution, 0104 chemical sciences, Energy density, 0210 nano-technology, Capacity loss, Anionic redox, Decoupling (electronics)
Abstract: International audience; The activation of anionic redox couple is recognized as one of the best way to increase the energy density of positive electrode materials in both Li and Na-ion batteries. However, for such hope, to materialize a better understanding of the parameters governing the activation, reversibility and efficiency of the anionic redox in NaMO2 layered compounds is still sorely needed. Herein, we report a new P2–Na0.63[□0.036Mg0.143Mn0.820]O2 compound that combines vacancies and Mg doping as well-known sources for anionic redox activation and benchmark its electrochemical performances against P2–Na0.72[Mg0.31Mn0.69]O2. We found that vacancies and Mg doping trigger independently anionic redox processes that differ in terms of redox voltage and reversibility. The one associated to vacancies occurs at the lowest potential and is irreversible. Moreover, we evidenced by monitoring the structural evolution of the pristine phase during cycling the benefice of anionic processes in ensuring the stabilization of P2-type structure at high voltage over a wide range in Na content. These findings highlight the importance of the anionic redox process origin (e.g. vacancies vs. highly electropositive cations) in governing the material electrochemical properties, while providing a new way to efficiently stabilize, without capacity loss, the P2-type structure through the charge process in non A-rich compounds.
Published: 2020

8. Unraveling the Charge Storage Mechanism of Ti3C2Tx MXene Electrode in Acidic Electrolyte

Author: Kui Xu, Hui Shao, Liyuan Liu, Liangti Qu, Yih-Chyng Wu, Patrice Simon, Zifeng Lin, Antonella Iadecola, Encarnacion Raymundo-Piñero, Jixin Zhu, Hongyun Ma, Pierre-Louis Taberna, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sichuan University - SCU (CHINA), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Nanjing Tech University (CHINA), Tsinghua University (CHINA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation - CEMHTI (Orléans, France), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Tsinghua University [Beijing] (THU), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Sichuan University [Chengdu] (SCU), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Redox, Electrolytes, Two dimensional materials, Proton transport, Materials Chemistry, Molecule, Electrodes, Electrode material, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Charge (physics), [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Molecules, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Fuel Technology, Chemical engineering, Chemistry (miscellaneous), Electrode, 0210 nano-technology, MXenes, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, Layers
Abstract: International audience; Two-dimensional Ti3C2Tx MXenes have been extensively studied as pseudocapacitive electrode materials. This Letter aims at providing further insights into the charge storage mechanism of the Ti3C2Tx MXene electrode in the acidic electrolyte by combining experimental and simulation approaches. Our results show that the presence of H2O molecules between the MXene layers plays a critical role in the pseudocapacitive behavior, providing a pathway for proton transport to activate the redox reaction of the Ti atoms. Also, thermal annealing of the samples at different temperatures suggests that the presence of the confined H2O molecules is mainly controlled by the surface termination groups. These findings pave the way for alternative strategies to enhance the high-rate performance of MXenes electrodes by optimizing their surface termination groups.
Published: 2020

9. Perspectives for electrochemical capacitors and related devices

Author: Patrice Simon, Yury Gogotsi, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), IUF, A.J. Drexel Nanomaterials Institute (Philadelphia, USA), Drexel University, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Drexel University (USA), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Computer science, Matériaux, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, law.invention, Batteries, law, General Materials Science, Porous materials, Electronics, Wearable technology, Electrode material, business.industry, Mechanical Engineering, Electric potential energy, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Engineering physics, 0104 chemical sciences, Capacitor, Mechanics of Materials, Manufacturing methods, 0210 nano-technology, business, MXenes
Abstract: International audience; Electrochemical capacitors can store electrical energy harvested from intermittent sources and deliver energy quickly, but their energy density must be increased if they are to efficiently power flexible and wearable electronics, as well as larger equipment. This Review summarizes progress in the field of materials for electrochemical capacitors over the past decade as well as outlines key perspectives for future research. We describe electrical double-layer capacitors based on high-surface-area carbons, pseudocapacitive materials such as oxides and the two-dimensional inorganic compounds known as MXenes, and emerging microdevices for the Internet of Things. We show that new nanostructured electrode materials and matching electrolytes are required to maximize the amount of energy and speed of delivery, and different manufacturing methods will be needed to meet the requirements of the future generation of electronic devices. Scientifically justified metrics for testing, comparison and optimization of various kinds of electrochemical capacitors are provided and explained.
Published: 2020

10. Fast Charging Materials for High Power Applications

Author: Patrice Simon, Binson Babu, Andrea Balducci, Friedrich-Schiller-Universität = Friedrich Schiller University Jena [Jena, Germany], Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Réseau de stockage électrochimique de l’énergie - Energie RS2E (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Friedrich-Schiller-Universität Jena (GERMANY), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Energie électrique, Materials science, High power materials, Capacitive sensing, Matériaux, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Cathodic protection, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Hybrid systemsmetal-ion batteries, law, General Materials Science, Power semiconductor device, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Engineering physics, 0104 chemical sciences, Anode, Power (physics), Capacitor, Hybrid system, Hybrid systems metal-ion batteries, 0210 nano-technology, Electrochemical capacitors, Realization (systems)
Abstract: International audience; An overview of fast charging materials for high power applications is given. The behavior at high current density of several anodic and cathodic materials that have been utilized in lithium‐, sodium‐, and potassium‐ion batteries is considered. Furthermore, the behavior of capacitive and pseudocapacitive materials suitable for electrochemical capacitors and, also, of those that have been utilized for the realization of hybrid‐ion capacitors, which are nowadays an interesting reality in the field of high power devices, is discussed. The advantages and limitations of all these materials are critically analyzed with the aim of understanding their impact on real devices. On the basis of this analysis, the most important aspects are identified, which should be addressed in the future for the realization of advanced high power devices.
Published: 2020

11. Efficient prediction of nucleus independent chemical shifts for polycyclic aromatic hydrocarbons

Author: Chris J. Pickard, Dimitrios Kilymis, Albert P. Bartók, Céline Merlet, Alexander C. Forse, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), STFC Rutherford Appleton Laboratory (RAL), Science and Technology Facilities Council (STFC), University of Warwick [Coventry], Department of Materials Science and Metallurgy [Cambridge University] (DMSM), University of Cambridge [UK] (CAM), Tohoku University [Sendai], Department of Chemistry [Cambridge, UK], Department of Chemistry [Berkeley], University of California [Berkeley], University of California-University of California, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), University of California [Berkeley] (UC Berkeley), University of California (UC)-University of California (UC), Pickard, Christopher [0000-0002-9684-5432], Forse, Alexander [0000-0001-9592-9821], Apollo - University of Cambridge Repository, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), University of Cambridge (UNITED KINGDOM), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), University of Warwick (UNITED KINGDOM), Science and Technology Facilities Council - STFC (UNITED KINGDOM), Tohoku University (JAPAN), University of California - UC Berkeley (USA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Grenoble (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), and Université de Montpellier (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Matériaux, Complex system, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, law.invention, law, Physics - Chemical Physics, Molecule, QD, Physical and Theoretical Chemistry, Chemical Physics (physics.chem-ph), Condensed Matter - Materials Science, Graphene, Chemical shift, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), Carbon-13 NMR, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Dipole, Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), Chemical physics, Density functional theory, 0210 nano-technology, Order of magnitude
Abstract: International audience; Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most powerful experimental techniques to characterize the structure of molecules and confined liquids. Nevertheless, the complexity of the systems under investigation usually requires complementary computational studies to interpret the NMR results. In this work we focus on polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), an important class of organic molecules which have been commonly used as simple analogues for the spectroscopic properties of more complex systems, such as porous disordered carbons. We use Density Functional Theory (DFT) to calculate 13C chemical shifts and Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS) for 34 PAHs. The results show a clear molecular size dependence of the two quantities, as well as the convergence of the 13C NMR shifts towards the values observed for graphene. We then present two computationally cheap models for the prediction of NICS in simple PAHs. We show that while a simple dipolar model fails to produce accurate values, a perturbative tight-binding approach can be successfully applied for the prediction of NICS in this series of molecules, including some non-planar ones containing 5-and 7-membered rings. This model, one to two orders of magnitudes faster than DFT calculations, is very promising and can be further refined in order to study more complex systems.
Published: 2020

12. MXenes as High-Rate Electrodes for Energy Storage

Author: Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Zifeng Lin, Hui Shao, Kui Xu, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sichuan University - SCU (CHINA), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Nanjing Tech University (CHINA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Sichuan University [Chengdu] (SCU), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Nanjing Tech University, Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Battery (electricity), Materials science, Energy storage, Matériaux, Battery, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, High rate, Supercapacitor, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 2D materials, 0104 chemical sciences, Electrode, 0210 nano-technology, MXenes, MXene, Electrochemical capacitors
Abstract: International audience; Two-dimensional transition-metal carbides/nitrides, namely MXenes, are gaining increasing interest in many research ﬁelds, including electrochemical energy storage. This short review article emphasizes some recent breakthroughs achieved in MXene chemistry and electrochemical performance when used as high-rate electrodes, especially in nonaqueous electrolytes. Lastly, the current limitations and future perspectives are highlighted.
Published: 2020

13. Facile Synthesis of a Common Na‐Ion Battery Cathode Material Na3V2(PO4)2F3 by Spark Plasma Sintering

Author: Nadeina, Arina, Rozier, Patrick, Seznec, Vincent, Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), PSL Research University (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Grenoble (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), and Université de Montpellier (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Cathode materials, Matériaux, Spark plasma sintering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Solid-state synthesis, Sodium-ion batteries, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; In the pursuit of facile, fast, and efficient methods for the synthesis of various compounds for a variety of applications, spark plasma sintering (SPS) technique is considered to be a powerful and simple tool. Using this technique, a popular cathode material for Na‐ion batteries—Na3V2(PO4)2F3—is synthesized and characterized with X‐ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM), and is electrochemically tested in Swagelok‐type cells in a galvanostatic mode. The obtained material is compared with the conventionally synthesized (via a solid‐state route) sample. SEM analysis shows 2 times smaller particles in the case of SPS‐synthesized material compared with the solid‐state‐synthesized material which is to be expected from the fast (40 min in total) SPS synthesis that practically excludes grain/particle growth and promotes much faster diffusion, thereby drastically enhancing the reaction kinetics. Electrochemical performance of the SPS‐obtained material shows an improvement in decreasing the overpotential and reducing the capacity loss at high C‐rates (8C).
Published: 2020

14. Nanoporous carbon for electrochemical capacitive energy storage

Author: Patrice Simon, Zifeng Lin, Yih-Chyng Wu, Pierre-Louis Taberna, Hui Shao, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Sichuan University - SCU (CHINA), IUF, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), and Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Carbone, Materials science, Matériaux, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Double layer (biology), Nanoporous, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), Electrochimie, Nanopore, chemistry, Electrode, 0210 nano-technology, Carbon, Stockage capactif, Energie
Abstract: International audience; The urgent need for eﬃcient energy storage devices has stimulated a great deal of research on electrochemical double layer capacitors (EDLCs). This review aims at summarizing the recent progress in nanoporous carbons, as the most commonly used EDLC electrode materials in the field of capacitive energy storage, from the viewpoint of materials science and characterization techniques. We discuss the key advances in the fundamental understanding of the charge storage mechanism in nanoporous carbon-based electrodes, including the double layer formation in confined nanopores. Special attention will be also paid to the important development of advanced in situ analytical techniques as well as theoretical studies to better understand the carbon pore structure, electrolyte ion environment and ion fluxes in these confined pores. We also highlight the recent progress in advanced electrolytes for EDLCs. The better understanding of the charge storage mechanism of nanoporous carbon-based electrodes and the rational design of electrolytes should shed light on developing the next-generation of EDLCs.
Published: 2020

15. Facile and Scalable Preparation of Ruthenium Oxide‐Based Flexible Micro‐Supercapacitors

Author: Yohann Thimont, Sébastien Pinaud, Kevin Brousse, Marc Respaud, Bruno Chaudret, Claudie Josse, Son C. Nguyen, Patrice Simon, Raghda Makarem, Pierre-Louis Taberna, Pier-Francesco Fazzini, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Atelier Interuniversitaire de Micro-Nano Electronique (AIME), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale - INSERM (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), ANR-16-CE17-0005,GENMSMD,Dissection génétique de la Susceptibilité Mendélienne aux infections mycobactériennes chez l'homme(2016), and ANR-16-CE24-0012,MINOTORES,MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d'énErgie sur Substrat rigide et flexible(2016)
Subjects: Battery (electricity), Energie électrique, Materials science, Ruthenium oxide, Matériaux, Oxide, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Capacitance, Energy storage, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Laser‐writing, chemistry.chemical_compound, Flexible micro‐supercapacitors, General Materials Science, Thin film, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Pseudocapacitor, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Tremendous efforts have been invested in the development of the internet of things during the past 10 years. Implantable sensors still need embedded miniaturized energy harvesting devices, since commercialized thin films and microbatteries do not provide sufficient power densities and suffer from limited lifetime. Therefore, micro‐supercapacitors are good candidates to store energy and deliver power pulses while providing non‐constant voltage output with time. However, multistep expensive protocols involving mask aligners and sophisticated cleanrooms are used to prepare these devices. Here, a simple and versatile laser‐writing procedure to integrate flexible micro‐supercapacitors and microbatteries on current‐collector‐free polyimide foils is reported, starting from commercial powders. Ruthenium oxide (RuO2)‐based micro‐supercapacitors are prepared by laser irradiation of a bilayered tetrachloroauric acid (HAuCl4 · 3H2O)–cellulose acetate/RuO2 film deposited by spin‐coating, which leads to adherent Au/RuO2 electrodes with a unique pillar morphology. The as‐prepared microdevices deliver 27 mF cm−2/540 F cm−3 in 1 m H2SO4 and retain 80% of the initial capacitance after 10 000 cycles. This simple process is applied to make carbon‐based micro‐supercapacitors, as well as metal oxide based pseudocapacitors and battery electrodes, thus offering a straightforward solution to prepare low‐cost flexible microdevices at a large scale.
Published: 2020

16. Ionic Liquids under Confinement: From Systematic Variations of the Ion and Pore Sizes toward an Understanding of the Structure and Dynamics in Complex Porous Carbons

Author: Céline Merlet, Anouar Belhboub, Patrice Simon, El Hassane Lahrar, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Energie électrique, Materials science, porosity, Diffusion, Matériaux, Population, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Nanoporous carbons, Ion, Physics::Geophysics, ionic liquids, Quantitative Biology::Subcellular Processes, chemistry.chemical_compound, Adsorption, General Materials Science, Porosity, education, Topology (chemistry), education.field_of_study, Condensed Matter - Materials Science, Quantitative Biology::Biomolecules, Physics::Biological Physics, Nanoporous, diffusion, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Ionic liquids, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, nanoporous carbons, chemistry, Chemical physics, confinement, Ionic liquid, Molecular simulations, molecular simulations, 0210 nano-technology, Research Article, Confinement
Abstract: We use molecular simulations of an ionic liquid in contact with a range of nanoporous carbons to investigate correlations between ion size, pore size, pore topology and properties of the adsorbed ions. We show that diffusion coefficients increase with the anion size and, surprisingly, with the quantity of adsorbed ions. Both findings are interpreted in terms of confinement: when the in-pore population increases additional ions are located in less confined sites and diffuse faster. Simulations in which the pores are enlarged while keeping the topology constant comfort these observations. The interpretation of properties across structures is more challenging. An interesting point is that smaller pores do not necessarily lead to larger confinement. In this work, the highest degrees of confinements are observed for intermediate pore sizes. We also show a correlation between the quantity of adsorbed ions and the ratio between the maximum pore diameter and the pore limiting diameter., Comment: This document is the unedited Author's version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in ACS Applied Materials and Interfaces, copyright \copyright American Chemical Society after peer review. To access the final edited and published work see https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b16740
Published: 2020

17. Non - electrochemical Na – deintercalation from O3 NaVO2

Author: Patrick Rozier, Patrice Simon, Daria Iermakova, Pierre-Louis Taberna, Jean-Yves Chane-Ching, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Sodium, Liquid exfoliation, Oxide, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, Material structure, General Materials Science, NaVO2, Layered oxide, Electrode material, Mechanical Engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 6. Clean water, 0104 chemical sciences, chemistry, Chemical engineering, Mechanics of Materials, Capacity value, Water treatment, Sodium deintercalation, 0210 nano-technology, Voltage
Abstract: International audience; Layered oxides have been intensively studied for decades for their characteristics as electrode materials or their physical properties resulting from their structure. In this work, we present a modification of layered oxide NaVO2 via liquid exfoliation technique in water. This oxide has VOx layers with Na ions trapped in between. The goal of this process is to initiate sodium removal from the lattice, which will result in the structural transformations. During this sodium deintercalation, we observed drastic changes in the structure and electrochemical behavior of the oxide. Following water treatment, NaVO2 exhibited nearly linear slopping discharge voltage profile and none of the multi-step reaction potential plateaus were observed, contrary to the profile of the pristine powder. Interestingly, this material structure was able to cycled reversibly within a much larger voltage window, with decent capacity value (ca 160 mA h/g), compare to pristine NaVO2. Thanks to this change of behavior, the active material mean operating voltage was increased.
Published: 2020

18. Impact of biomass inorganic impurities on hard carbon properties and performance in Na-ion batteries

Author: Pierre-Louis Taberna, Adrian Beda, Patrice Simon, Jean-Marc Le Meins, Camelia Matei Ghimbeu, Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Ghimbeu, Camelia, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université de Strasbourg - UNISTRA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Grenoble (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), and Université de Montpellier (FRANCE)
Subjects: Materials science, Energy storage, Biomass waste, Matériaux, 02 engineering and technology, Thermal treatment, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Industrial and Manufacturing Engineering, Na-ion batteries, Catalysis, Metal, Specific surface area, Génie chimique, General Materials Science, Graphite, Génie des procédés, Porosity, Waste Management and Disposal, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 0104 chemical sciences, Chemical engineering, visual_art, visual_art.visual_art_medium, Hard carbon, 0210 nano-technology, Pyrolysis, Impurities
Abstract: International audience; Biomass waste recently emerged as efficient precursors for hard carbon anode preparation for Na-ion batteries. Despite their very complex microstructure (organic/inorganic) there is a lack of knowledge about their impact on carbon formation. In this paper, the influence of inorganic impurities of three raw local biomass wastes (asparagus, grape and potato) on the hard carbon properties and on their electrochemical performance is investigated, by performing a washing step either before or after the thermal treatment (TT) at 1300°C. When washing was done after the TT (with HCl), most of crystalline inorganic impurities (K, Ca, Si, Mg-based compounds) could be significantly removed. This triggered the increase of ultramicroporosity along with mesoporosity formation and graphite interlayer space (d 002) contraction. Such observations are less pronounced on grape derived carbon due to the inorganic's catalytic induced local graphitization during pyrolysis. The oxygen content in the pristine carbons was high, owing to the presence of inorganic metal oxides and carbonates, and could be diminished after washing along with the amount of defects. Thus, the carbon content and the electronic conductivity of the materials were enhanced. The electrochemical performance improvement after washing was limited since the positive effect brought by impurities removal was negatively compensated by the changes occurring in the materials, particularly the increase in the specific surface area. Diffrently, the washing done before the TT (with water) induced only fewer changes on the materials porosity and structure and slightly improved capacity (from 215 to 230 mAh g −1). Furthermore, higher pyrolysis temperature (1400°C) on washed HCs afforded a better reversible capacity up to 280 mAh g −1. This comprehensive study opens the door for green and mild synthesis approach to be further explored for sustainable fabrication of hard carbon for Na-ion batteries.
Published: 2020

19. On the development of an original mesoscopic model to predict the capacitive properties of carbon-carbon supercapacitors

Author: Céline Merlet, El Hassane Lahrar, Patrice Simon, Anouar Belhboub, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, General Chemical Engineering, Capacitive sensing, Capacitance, FOS: Physical sciences, Solvation, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Ion, Lattice model, chemistry.chemical_compound, Adsorption, Nanoporous carbon, Electrochemistry, Physics::Chemical Physics, Condensed Matter - Statistical Mechanics, Supercapacitor, Condensed Matter - Materials Science, Mesoscopic physics, Statistical Mechanics (cond-mat.stat-mech), Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry, Chemical physics, Ionic liquid, 0210 nano-technology
Abstract: We report on the development of an original mesoscopic lattice model to predict structural, dynamical and capacitive properties of carbon-carbon supercapacitors. The model uses input from molecular simulations, such as free energy profiles to describe the ion adsorption, and experiments, such as energy barriers for transitions between lattice sites. The model developed is approximately 10,000 times faster than common molecular simulations. We apply this model to a set of carbon structures with well-defined pore sizes and investigate the solvation effect by doing simulations with neat ionic liquids as well as acetonitrile-based electrolytes. We show that our model is able to predict quantities of adsorbed ions and capacitances in a range compatible with experimental values. We show that there is a strong dependency of the calculated properties on the pore size and on the presence or absence of solvent. In particular, for neat ionic liquids, larger capacitances are obtained for smaller pores, while the opposite trend is observed for organic electrolytes., Comment: Preprint
Published: 2019

20. Ultrafast Synthesis of Calcium Vanadate for Superior Aqueous Calcium-Ion Battery

Author: Yih-Chyng Wu, Patrice Simon, Pierre-Louis Taberna, Patrick Rozier, Liyuan Liu, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Université Paris Sciences & Lettres - PSL (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), and Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE)
Subjects: Battery (electricity), Long cycle, Energie électrique, Materials science, Matériaux, Science, Intercalation (chemistry), chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Calcium, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Nanomaterials, Vanadate, Molten salt, Multidisciplinary, Aqueous solution, Traitements de Surface, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Revetements, 0210 nano-technology, Traitements de Surface -Superior Aqueous Calcium-Ion Battery, Research Article
Abstract: Recently, multivalent aqueous calcium-ion batteries (CIBs) have attracted considerable attention as a possible alternative to Li-ion batteries. However, traditional Ca-ion storage materials show either limited rate capabilities and poor cycle life or insufficient specific capacity. Here, we tackle these limitations by exploring materials having a large interlayer distance to achieve decent specific capacities and one-dimensional architecture with adequate Ca-ion passages that enable rapid reversible (de)intercalation processes. In this work, we report the high-yield, rapid, and low-cost synthesis of 1D metal oxides M V 3 O 8 ( M = Li , K), CaV 2 O 6 , and CaV 6 O 16 ·7H 2 O (CVO) via a molten salt method. Firstly, using 1D CVO as electrode materials, we show high capacity 205 mA h g -1 , long cycle life (>97% capacity retention after 200 cycles at 3.0 C), and high-rate performance (117 mA h g -1 at 12 C) for Ca-ion (de)intercalation. This work represents a step forward for the development of the molten salt method to synthesize nanomaterials and to help pave the way for the future growth of Ca-ion batteries.
Published: 2019

21. Carbons with Regular Pore Geometry Yield Fundamental Insights into Supercapacitor Charge Storage

Author: Berend Smit, Yifei Michelle Liu, Céline Merlet, Department of Chemical & Biomolecular Engineering [Berkeley] (CBE), University of California [Berkeley] (UC Berkeley), University of California (UC)-University of California (UC), Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques (ISIC), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), University of California [Berkeley], University of California-University of California, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - EPFL (SWITZERLAND), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), University of California - UC Berkeley (USA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques (Lausanne, Switzerland), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, General Chemical Engineering, Geometry, 010402 general chemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Capacitance, Ion, Molecular dynamics, Partial charge, Affordable and Clean Energy, Supercapacitor Charge Storage, QD1-999, chemistry.chemical_classification, Supercapacitor, 010405 organic chemistry, Charge (physics), General Chemistry, Carbon, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Chemistry, chemistry, Chemical Sciences, Electrode, Counterion, Research Article
Abstract: We conduct molecular dynamics simulations of electrical double-layer capacitors (EDLCs) using a library of ordered, porous carbon electrode materials called zeolite templated carbons (ZTCs). The well-defined pore shapes of the ZTCs enable us to determine the influence of pore geometry on both charging dynamics and charge storage mechanisms in EDLCs, also referred to as supercapacitors. We show that charging dynamics are negatively correlated with the pore-limiting diameter of the electrode material and display signatures of both progressive charging and ion trapping. However, the equilibrium capacitance, unlike charging dynamics, is not strongly correlated to commonly used, purely geometric descriptors such as pore size. Instead, we find a strong correlation of capacitance to the charge compensation per carbon (CCpC), a descriptor we define in this work as the average charge of the electrode atoms within the coordination shell of a counterion. A high CCpC indicates efficient charge storage, as the strong partial charges of the electrode are able to screen counterion charge, enabling higher ion loading and thus more charge storage within the electrode at a fixed applied voltage. We determine that adsorption sites with a high CCpC tend to be found within pockets with a smaller radius of curvature, where the counterions are able to minimize their distance with multiple points on the electrode surface, and therefore induce stronger local partial charges., Molecular simulations of supercapacitors based on a library of templated porous carbons with regular structures yield new insights into the influence of pore geometry on the charge storage efficiency.
Published: 2019

22. Charge Storage Mechanisms of Single-Layer Graphene in Ionic Liquid

Author: Na Shu, Yanwu Zhu, Jianglin Ye, Kui Xu, Yih-Chyng Wu, Patrice Simon, Kun Ni, Pierre-Louis Taberna, University of Science and Technology of China [Hefei] (USTC), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), University of Science and Technology of China - USTC (CHINA), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Matériaux, Interfaces, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Biochemistry, Capacitance, Catalysis, law.invention, Ion, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, Colloid and Surface Chemistry, law, Two dimensional materials, Electrodes, Ions, Graphene, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Chemistry, Quartz crystal microbalance, 0104 chemical sciences, Dielectric spectroscopy, chemistry, Chemical engineering, Ionic liquid, Electrical properties
Abstract: International audience; Graphene-based carbon materials are promising candidates for electrical double-layer (EDL) capacitors, and there is considerable interest in understanding the structure and properties of the graphene/electrolyte interface. Here, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) are used to characterize the ion fluxes and adsorption on single-layer graphene in neat ionic liquid (EMI-TFSI) electrolyte. It is found that a positively charged ion-species desorption and ion reorganization dominate the double-layer charging during positive and negative polarizations, respectively, leading to the increase in EDL capacitance with applied potential.
Published: 2019

23. Improving ionic conductivity by Mg-doping of A2SnO3 (A = Li+, Na+)

Author: Jean-Marie Tarascon, J.C. Badot, Gwenaëlle Rousse, Alexis Grimaud, I. Blazquez-Alcover, D. Alves Dalla Corte, Patrick Rozier, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), PSL Research University (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut de Recherche de Chimie Paris - IRCP (Paris, France), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ministère de la Culture (MC), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Inorganic chemistry, Neutron diffraction, Ionic bonding, layered oxides, 02 engineering and technology, Crystal structure, Activation energy, all-solid-state batteries, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Ion, neutron diffraction, Ionic conductivity, Fast ion conductor, General Materials Science, All-solid-state batteries, Ceramic, solid electrolytes, Layered oxides, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, visual_art, visual_art.visual_art_medium, Solid electrolytes, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; The search for Li ions conducting ceramics is burgeoning, owing to the regain interest for solid state batteries. Here we investigate the effect of Mg substitutions on the ionic conductivity of the A2SnO3 (A = Li, Na) phases. Pure A1.8Mg0.1SnO3 and A2.2Mg0.1Sn0.9O3 were structurally characterized and their ionic conductivity was measured by AC impedance spectroscopy. We show a decrease of the activation energy with increasing the Mg substitution and found ionic conductivities three and two orders of magnitude higher for Li2.2Mg0.1Sn0.9O3 and Na1.8Mg0.1SnO3 as compared to pristine Li2SnO3 and Na2SnO3, respectively. Neutron diffraction was used to determine the Mg localization in the crystal structure and to provide a rationale for the ionic conductivity changes. Our results confirm the high sensitivity of the ionic conductivity on chemical substitutions, even limited ones.
Published: 2017

24. Understanding ageing mechanisms of porous carbons in non-aqueous electrolytes for supercapacitors applications

Author: Camelia Matei Ghimbeu, Yinghui Liu, Benoît Soucaze-Guillous, Bénédicte Réty, Patrice Simon, Pierre-Louis Taberna, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), Technocentre Renault [Guyancourt], RENAULT, Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université de Strasbourg - UNISTRA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Renault SAS (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), univOAK, Archive ouverte, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Subjects: Energie électrique, Activated carbon oxidation, Temperature-programmed desorption coupled with mass spectrometry technique, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Electrolyte, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Oligomer, Catalysis, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, Adsorption, Desorption, Electrical and Electronic Engineering, Physical and Theoretical Chemistry, Acetonitrile, Supercapacitor ageing, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, Surface oxygen functional group, 0104 chemical sciences, chemistry, Chemical engineering, 0210 nano-technology, Carbon, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience; Two activated porous carbon powders with different surface functional groups content have been electrochemically polarized in tetraethylammonium tetrafluoborate (Et4NBF4) in acetonitrile electrolyte to study their ageing mechanism as supercapacitor electrodes. Temperature-programmed desorption coupled with mass spectrometry technique (TPD-MS) is used to track the change of carbon surface chemistry – surface functional groups and/or adsorption of degradation products occurring upon polarizations. A potentiostatic study of the carbons in a two-compartment cell unveil the catalytic role of water in the ageing mechanism. Combining these results with our previous work, we propose different scenarios to depict the ageing mechanisms of the two carbons. For carbon A, hydrolysis of BF4− at the positive electrode leads to carbon oxidation together with soluble poly-acetonitrile oligomer occurred from reaction between BF4• radicals and acetonitrile. Ageing mechanism is also assumed to set off with the hydrolysis of BF4− for carbon B; but, in here the formed oligomers react with acid functional groups present at the carbon surface to form a protective, passive-like layer at both positive and negative electrodes which hampers a further electrode ageing.
Published: 2019

25. A SAXS outlook on disordered carbonaceous materials for electrochemical energy storage

Author: María Jáuregui, Afshin Pendashteh, Damien Saurel, Julie Ségalini, Montse Casas-Cabanas, Patrice Simon, Barbara Daffos, Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), CIC EnergiGUNE (SPAIN), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie - RS2E (Amiens, France), CIC ENERGIGUNE - Parque Tecnol Alava, Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Energie électrique, Disordered carbons, Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, chemistry.chemical_element, Battery, Small angle X-ray scattering, 02 engineering and technology, Glassy carbon, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Energy storage, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, medicine, General Materials Science, Graphite, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Scattering, Small-angle X-ray scattering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Chemical engineering, chemistry, 0210 nano-technology, Pore structure, Carbon, Activated carbon, medicine.drug
Abstract: International audience; Ordered and disordered carbonaceous materials cover a wide range of the energy storage materials market. In this work a thorough analysis of the Small Angle X-ray Scattering (SAXS) patterns of a number of carbon samples for energy storage (including graphite, soft carbon, hard carbon, activated carbon, glassy carbon and carbide-derived carbon) is shown. To do so, innovative geometrical models to describe carbon X-ray scattering have been built to refine the experimental SAXS data. The results obtained provide a full description of the atomic and pore structures of these carbons that in some cases challenge more traditional models. The correlative analysis of the descriptors here used provide novel insight into disordered carbons and can be used to shed light in charge storage mechanisms and to design improved carbonaceous materials.
Published: 2019

26. Effect of the carbon microporous structure on the capacitance of aqueous supercapacitors

Author: Abel Marin-Laflèche, Benjamin Rotenberg, Mathieu Salanne, Patrice Simon, Assane Sene, Barbara Daffos, Pierre-Louis Taberna, Matthieu Haefele, Nidhal Ganfoud, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut National de la Recherche en Informatique et en Automatique - INRIA (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines -UVSQ (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Paris-Sud 11 (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Maison de la Simulation (MDLS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Carbide derived carbon (CDC), 010402 general chemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Capacitance, Supercapacitors, Electrochemistry, General Materials Science, Supercapacitor, Aqueous solution, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Molecular dynamics simulations, Solvation, Microporous material, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Chemical engineering, Carbide-derived carbon, Cyclic voltammetry, 0210 nano-technology, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, Carbon
Abstract: International audience; Using a combination of cyclic voltammetry experiments and molecular dynamics simulations, we study the effect of microporous carbon structure on the performance of aqueous supercapacitors using carbide derived carbon (CDC) electrodes. The structures investigated by molecular simulations are compatible with the experimental results for CDC synthesized at 800°C, but not with the other two materials (CDC-1100 and YP-50F), which are more graphitic. In fact, the specific capacitance obtained for the latter two are in good agreement with molecular simulations of graphite electrodes, assuming that all the charge is localized in the first plane in contact with the electrode (a very good approximation). Our molecular simulations further allow to examine the solvation of ions inside the electrodes. Unlike what was observed for large organic ions dissolved in acetonitrile, we find that most Na+ cations remain fully solvated. Overall, microporous carbons such as CDCs are good candidates for applications involving aqueous supercapacitors, in particular the harvesting of blue energy or desalination, but their performance remains to be optimized by tailoring their microstructure.
Published: 2019

27. Double-walled carbon nanotubes, a performing additive to enhance capacity retention of antimony anode in potassium-ion batteries

Author: Lorenzo Stievano, Vincent Gabaudan, Laure Monconduit, Justine Touja, Didier Cot, Emmanuel Flahaut, Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut Européen des membranes (IEM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), CNRS, Projets exploratoires (PEPS), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Antimony, Materials science, Matériaux, Negative electrodes, Carbon nanotubes, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Carbon nanotube, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, law.invention, lcsh:Chemistry, law, Graphite, Composites, Carbon black, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Potassium-ion batteries, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Anode, chemistry, Chemical engineering, lcsh:Industrial electrochemistry, lcsh:QD1-999, Electrode, 0210 nano-technology, Carbon, lcsh:TP250-261
Abstract: The effect of carbon additives on electrode formulation of bulk antimony was investigated in potassium-ion batteries. Several types of carbon including conventional carbon black, graphite and double-walled carbon nanotubes (DWCNT), employed as conductive agents, were found to play a non-negligible role on the electrochemical performance of antimony. While DWCNT alone show no reversible K+ storage compared to the other carbons, the Sb/DWCNT electrode exhibits better capacity retention and rate capability than Sb formulated with usual carbon additives or even with graphite. This can be ascribed to the specific structure of DWCNT acting not only as conductive additive but also as a mechanical reinforcement for the whole electrode, which has to withstand the large volume change of antimony during potassiation/depotassiation cycles. Keywords: Potassium-ion batteries, Negative electrodes, Composites, Antimony, Carbon nanotubes
Published: 2019

28. Characterization of the mass transfer fluxes in a capacitive desalination cell by using FeIII(CN)63−/FeII(CN)64− redox couple as an electrochemical probe

Author: Pierre-Louis Taberna, Assane Sene, Patrice Simon, Barbara Daffos, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Cyclic voltammetry, Matériaux, General Chemical Engineering, Capacitive sensing, Activated carbon, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Redox, Analytical Chemistry, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Mass transfer, Horizontal scan rate, Chemistry, Flow, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, 6. Clean water, 0104 chemical sciences, Volumetric flow rate, Desalinization, Electrode, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; This paper focuses on the characterization of an electrochemical flow cell designed for capacitive desalination, by using the FeIII(CN)63−/FeII(CN)64− redox couple as an electrochemical probe. A relationship between the potential scan rate and the electrolyte flow rate has been first established by defining a dimensionless number, θ. Depending on the θ values, two regime domains – dependent and non-dependent from the flow rate - have been defined. The dimensionless number θ was found to be of great help for defining the suitable flow rate for several carbon based electrodes exhibiting different surface area, using FeIII(CN)63−/FeII(CN)64− redox couple as an electrochemical probe. The proposed electrochemical analysis is a way to optimize the performance of an electrochemical flow cell for capacitive desalination applications.
Published: 2019

29. Fast Electrochemical Storage Process in Sputtered Nb2O5 Porous Thin Films

Author: Cassandra Arico, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Christophe Lethien, Saliha Ouendi, Pascal Roussel, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille - ENSCL (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut catholique de Lille - ICL (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Yncrea Hauts de France (FRANCE), Ecole Centrale de Lille (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université d'Artois (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Lille (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis - UVHC (FRANCE), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), RS2E, Renatech Network, ANR-16-CE24-0012,MINOTORES,MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d'énErgie sur Substrat rigide et flexible(2016), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Fabrication, Materials science, Matériaux, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Redox, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Fast kinetics, chemistry.chemical_compound, Deposition (phase transition), General Materials Science, Thin film, Niobium pentoxide, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Porosity, Nb2O5, business.industry, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Engineering, Sputtering, Sputter deposition, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Optoelectronics, Lithium intercalation, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; The formation of a thin film electrode exhibiting high capacity and high rate capabilities is challenging in the field of miniaturized electrochemical energy storage. Here, we present an elegant strategy to tune the morphology and the properties of sputtered porous Nb2O5 thin films deposited on Si-based substrates via the magnetron sputtering deposition technique. Kinetic analysis of the redox reactions is studied to qualify the charge storage process, where we observe a non-diffusion-controlled mechanism within the porous niobium pentoxide thin film. To improve the surface capacity of the Nb2O5 porous electrode, the thickness is progressively increased up to 0.94 μm, providing a surface capacity close to 60 μAh.cm-2 at 1 mV.s-1. The fabrication of high energy density miniaturized power sources based on the optimized T-Nb2O5 films could be achieved for Internet of Things applications requiring high rate capability.
Published: 2019

30. Influences from solvents on charge storage in titanium carbide MXenes

Author: Patrick Urbankowski, Yury Gogotsi, Tyler S. Mathis, Naresh C. Osti, Patrice Simon, Zifeng Lin, Lukas Vlcek, Christine B. Hatter, Asia Sarycheva, Takeshi Torita, Xuehang Wang, Eugene Mamontov, Madhusudan Tyagi, Ke Li, Drexel University, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Sichuan University [Chengdu] (SCU), Oak Ridge National Laboratory [Oak Ridge] (ORNL), UT-Battelle, LLC, University of Tennessee [Chattanooga] (UTC), Murata Manufacturing (JAPAN), NIST Center for Neutron Research, National Institute of Standards and Technology [Gaithersburg] (NIST), University of Maryland [Baltimore], Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Drexel University (USA), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), National Institute of Standards and Technology - NIST (USA), Sichuan University - SCU (CHINA), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), University of Maryland (USA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), University of Tennessee - UT (USA), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Oak Ridge National Laboratory - ORNL (Oak Ridge, USA), NIST Center for Neutron Research (Gaithersburg, USA), Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie - RS2E (Amiens, France), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Energy storage, Titanium carbide, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Solvent, Fuel Technology, chemistry, Chemical engineering, Lithium, 0210 nano-technology, MXenes
Abstract: International audience; Pseudocapacitive energy storage in supercapacitor electrodes differs significantly from the electrical double-layer mechanism of porous carbon materials, which requires a change from conventional thinking when choosing appropriate electrolytes. Here we show how simply changing the solvent of an electrolyte system can drastically influence the pseudocapacitive charge storage of the two-dimensional titanium carbide, Ti3C2 (a representative member of the MXene family). Measurements of the charge stored by Ti3C2 in lithium-containing electrolytes with nitrile-, carbonate- and sulfoxide-based solvents show that the use of a carbonate solvent doubles the charge stored by Ti3C2 when compared with the other solvent systems. We find that the chemical nature of the electrolyte solvent has a profound effect on the arrangement of molecules/ions in Ti3C2, which correlates directly to the total charge being stored. Having nearly completely desolvated lithium ions in Ti3C2 for the carbonate-based electrolyte leads to high volumetric capacitance at high charge–discharge rates, demonstrating the importance of considering all aspects of an electrochemical system during development.
Published: 2019

31. Electrochemical study of pseudocapacitive behavior of Ti3C2Tx MXene material in aqueous electrolytes

Author: Zifeng Lin, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Kui Xu, Hui Shao, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Sichuan University - SCU (CHINA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Solution of Schrödinger equation for a step potential, General Materials Science, Pseudocapacitance, Ohmic contact, Horizontal scan rate, Surface process, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Drop (liquid), [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Bulk process, Chronoamperometry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Chemical engineering, MUSCA, Electrode, Ti3C2Tx MXene, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; In this paper, a multiple potential step chronoamperometry (MUSCA) technique is used to analyze the electrochemical behavior of pseudocapacitive Ti3C2Tx MXene material. MUSCA allows for reconstruction of cyclic voltammograms with considerably lower ohmic drop contribution. As such, the voltammogram current responses from the surface and bulk processes can be precisely deconvoluted at any given potentials, especially at high scan rates. An electrochemical kinetic analysis of the Ti3C2Tx electrode using the calculated voltammograms showed that the surface process dominates at higher scan rate while the bulk process takes over at the low scan rate in both acidic and alkaline electrolytes. By minimizing the ohmic drops, the MUSCA method is presented to be a useful tool to study the natural electrochemical behavior of pseudocapacitive electrodes and to help designing better energy storage systems.
Published: 2019

32. Text mining assisted review of the literature on Li-O 2 batteries

Author: Clare P. Grey, Céline Merlet, Alejandro A. Franco, Pieter C. M. M. Magusin, Amangeldi Torayev, Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), University of Cambridge [UK] (CAM), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), University of Cambridge (UNITED KINGDOM), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE (Amiens, France), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Subjects: Key articles, Energie électrique, Bibliometric analysis, Text mining, Process (engineering), Matériaux, 02 engineering and technology, Scientific field, text mining, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Field (computer science), Machine learning, General Materials Science, Chemistry (relationship), business.industry, Lithium oxygen batteries, Sign (semiotics), 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Data science, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, lithium oxygen batteries, machine learning, [INFO.INFO-IR]Computer Science [cs]/Information Retrieval [cs.IR], [SDE]Environmental Sciences, 0210 nano-technology, business
Abstract: The high theoretical capacity of Li-O2 batteries attracts a lot of attention and this field has expanded significantly in the last two decades. In a more general way, the large number of articles being published daily makes it difficult for researchers to keep track of the progress in science. Here we develop a text mining program in an attempt to facilitate the process of reviewing the literature published in a scientific field and apply it to Li-O2 batteries. We analyze over 1800 articles and use the text mining program to extract reported discharge capacities, for the first time, which allows us to show the clear progress made in recent years. In this paper, we focus on three main challenges of Li-O2 batteries, namely the stability-cyclability, the low practical capacity and the rate capability. Indeed, according to our text mining program, articles dealing with these issues represent 86% of the literature published in the field. For each topic, we provide a bibliometric analysis of the literature before focusing on a few key articles which allow us to get insights into the physics and chemistry of such systems. We believe that text mining can help readers find breakthrough papers in a field (e.g. by identifying papers reporting much higher performances) and follow the developments made at the state of the art (e.g. by showing trends in the numbers of papers published—a decline in a given topic probably being the sign of limitations). With the progress of text mining algorithms in the future, the process of reviewing a scientific field is likely to become more and more automated, making it easier for researchers to get the ‘big picture’ in an unfamiliar scientific field.
Published: 2019
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33. Thermal Oxidation of Carbonaceous Nanomaterials Revisited: Evidence of Mechanism Changes

Author: Emmanuel Picheau, Ferdinand Hof, Alain Derré, Alain Pénicaud, Barbara Daffos, Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP), Université de Bordeaux (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Bordeaux (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), ANR-16-CE17-0005,GENMSMD,Dissection génétique de la Susceptibilité Mendélienne aux infections mycobactériennes chez l'homme(2016), ANR-16-CE24-0008,EdgeFiller,Remplissage sélectif des bords de nanotubes de carbone aplatis pour utilisation en nanoélectronique(2016), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Thermal oxidation, Thermogravimetric analysis, Energie électrique, Materials science, Order of reaction, Matériaux, Carbon nanotubes, Thermodynamics, 02 engineering and technology, Activation energy, 010402 general chemistry, Kinetic energy, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Chemical reaction, Catalysis, Isothermal process, Carbon black, 010405 organic chemistry, General Medicine, General Chemistry, Partial pressure, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 010406 physical chemistry, 0104 chemical sciences, Kinetics, 13. Climate action, Graphite, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Kinetic data, for example, activation energy and reaction order, are crucial for the understanding of chemical reactions and processes. Here, we describe a novel method for obtaining kinetic data based on thermogravimetric measurements (TGA) that exploits in each measurement multiple successive isothermal steps (SIS). We applied this method to the notoriously challenging carbon combustion process for vastly different carbons for oxygen molar fractions between 1.4 % and 90 %. Our obtained apparent EA values are within the wide range of results in the literature and vary in a systematic way with the oxygen partial pressure. The improved accuracy and large amount of obtainable data allowed us to show that the majority of experimentally obtained apparent data for apparent EA are neither in a kinetic regime nor in a diffusion‐controlled one but rather in a transition regime.
Published: 2019

34. Sparsely Pillared Graphene Materials for High-Performance Supercapacitors: Improving Ion Transport and Storage Capacity

Author: Florence Duclairoir, Lionel Dubois, Barbara Daffos, Pierre-Louis Taberna, Gaël De Paëpe, Olivier Crosnier, Harish Banda, Patrice Simon, Sandy Périé, Daniel Lee, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conception d’Architectures Moléculaires et Processus Electroniques (CAMPE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Magnetic Resonance (RM ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Magnetic Resonance (RM), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, Oxide, General Physics and Astronomy, Pillared graphene, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Article, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, law.invention, chemistry.chemical_compound, Interlayer galleries, Graphene hydrogel, law, Supercapacitors, [CHIM]Chemical Sciences, Molecule, General Materials Science, Bifunctional, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Supercapacitor, Graphene, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Engineering, Ion sieving, Sorption, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Covalent bond, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Graphene-based materials are extensively studied as promising candidates for supercapacitors (SCs) owing to the high surface area, electrical conductivity, and mechanical flexibility of graphene. Reduced graphene oxide (RGO), a close graphene-like material studied for SCs, offers limited specific capacitances (100 F·g–1) as the reduced graphene sheets partially restack through π–π interactions. This paper presents pillared graphene materials designed to minimize such graphitic restacking by cross-linking the graphene sheets with a bifunctional pillar molecule. Solid-state NMR, X-ray diffraction, and electrochemical analyses reveal that the synthesized materials possess covalently cross-linked graphene galleries that offer additional sites for ion sorption in SCs. Indeed, high specific capacitances in SCs are observed for the graphene materials synthesized with an optimized number of pillars. Specifically, the straightforward synthesis of a graphene hydrogel containing pillared structures and an interconnected porous network delivered a material with gravimetric capacitances two times greater than that of RGO (200 F·g–1vs 107 F·g–1) and volumetric capacitances that are nearly four times larger (210 F·cm–3vs 54 F·cm–3). Additionally, despite the presence of pillars inside the graphene galleries, the optimized materials show efficient ion transport characteristics. This work therefore brings perspectives for the next generation of high-performance SCs.
Published: 2019

35. In Situ Magnetic Resonance Imaging of a Complete Supercapacitor Giving Additional Insight on the Role of Nanopores

Author: Mohamed-Ramzi Ammar, Elodie Salager, Charles-Emmanuel Dutoit, Michaël Deschamps, Patrice Simon, Vincent Sarou-Kanian, Ghenima Oukali, Encarnacion Raymundo-Piñero, Aix-Marseille Université - AMU (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université d'Orléans (FRANCE), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Nanopore, Energie électrique, Materials science, Matériaux, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Capacitance, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Ion, Nuclear magnetic resonance, Adsorption, Magnetic resonance imaging, Nanopor, General Materials Science, Supercapacitor, Nanoporous, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Engineering, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Carbon, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Chemical engineering, chemistry, Electrode, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Nuclear magnetic resonance is one of therare techniques able to probe selectively the ions inside thenanoporous network in supercapacitor devices. With amagnetic resonance imaging method able to detect all ions(adsorbed and nonadsorbed), we record one-dimensionalconcentration profiles of the active ions in supercapacitorswith an electrode configuration close to that used inindustry. Larger anionic concentration changes are probedupon charge and discharge in a carbide-derived carbon(CDC) with micropores smaller than 1 nm compared to aconventional nanoporous carbon (CC) with a largerdistribution of pore sizes, up to 2 nm. They highlight theincreased interaction of the anions with CDC and provide a better understanding of the enhanced capacitance in CDC-based supercapacitors.
Published: 2019

36. Anionic Redox Activity in a Newly Zn-Doped Sodium Layered Oxide P2-Na2/3 Mn1− y Zn y O2 (0 < y < 0.23)

Author: Bai, Xue, Sathiya, Mariyappan, Mendoza-Sanchez, Beatriz, Iadecola, Antonella, Vergnet, Jean, Dedryvère, Rémi, Saubanère, Matthieu, Abakumov, Artem, Rozier, Patrick, Tarascon, Jean‐Marie, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (IPREM), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 670116,H2020,ERC-2014-ADG,ARPEMA(2015), European Project: 646433,H2020,H2020-LCE-2014-3,NAIADES(2015), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), and Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie
Subjects: Energie électrique, Oxygen activity, [CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, Layered oxides, Matériaux, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Anionic redox, Na-ion batteries, Na‐ion batteries, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; The revival of the Na‐ion battery concept has prompted intense research activities toward new sustainable Na‐based insertion compounds and their implementation in full Na‐ion cells. Efforts are parted between Na‐based polyanionic and layered compounds. For the latter, there has been a specific focus on Na‐deficient layered phases that show cationic and anionic redox activity similar to a Na0.67Mn0.72Mg0.28O2 phase. Herein, a new alkali‐deficient P2‐Na2/3Mn7/9Zn2/9O2 phase using a more electronegative element (Zn) than Mg is reported. Like its Mg counterpart, this phase shows anionic redox activity and no O2 release despite evidence of cationic migration. Density functional theory (DFT) calculations show that it is the presence of an oxygen nonbonding state that triggers the anionic redox activity in this material. The phase delivers a reversible capacity of 200 mAh g−1 in Na‐half cells with such a value be reduced to 140 mAh g−1 in full Na‐ion cells which additionally shows capacity decay upon cycling. These findings establish Na‐deficient layered oxides as a promising platform to further explore the underlying science behind O2 release in insertion compounds based on anionic redox activity.
Published: 2018

37. Hard carbons derived from green phenolic resins for Na-ion batteries

Author: Patrice Simon, Pierre-Louis Taberna, Camelia Matei Ghimbeu, Adrian Beda, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Université de Strasbourg (UNISTRA), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Materials science, Annealing (metallurgy), Sodium, Matériaux, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Batterie, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, High carbon, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Carbonization, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Anode, Solvent, chemistry, Chemical engineering, 0210 nano-technology, Pyrolysis, Faraday efficiency
Abstract: International audience; Hard carbons have become recently one of the most promising classes of anode materials for sodium ion batteries (NIBs) owing to their high specific capacity and good cycling stability. Among the precursors used to prepare hard carbon, phenolic resins are of great interest due to their high carbon yield, however, their toxicity must be overcome. In this paper, we propose a green, simple and scalable procedure to obtain phenolic resins which by pyrolysis at high temperature (>1000 °C) result in eco-friendly hard carbons with low surface area, disordered structure and high carbon yield. The influence of several synthesis parameters (type of solvent, thermopolymerization/annealing temperature and gas flow) was studied to determine the impact on both phenolic resin and hard carbon characteristics. The synthesis time (12 h-3 days) was found to depend on the used solvent whereas the carbon yield (25–35%) on the cross-linking degree which could be controlled by adjusting both thermopolymerization temperature and atmosphere. The structure of the hard carbons mainly changed with the carbonization temperature (1100–1700 °C) while the texture of the material was sensitive to most of the studied parameters. Stable reversible capacity up to 270 mAhg−1 and 100% coulombic efficiency (CE) after few cycles are obtained, demonstrating the potential for Na-ion applications.
Published: 2018

38. Large Intercalation Pseudocapacitance in 2D VO2(B): Breaking through the Kinetic Barrier

Author: Husam N. Alshareef, Chuan Xia, Yungang Zhou, Chao Zhao, Zhiguo Wang, Patrick Rozier, Zifeng Lin, Hanfeng Liang, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), King Abdullah University of Science and Technology - KAUST (SAUDI ARABIA), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), University of Electronic Science and Technology of China - UESTC (CHINA), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), University of Electronic Science and Technology of China [Chengdu] (UESTC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Nanostructure, Matériaux, Kinetics, Intercalation (chemistry), 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Kinetic energy, 01 natural sciences, Pseudocapacitance, Ion, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, symbols.namesake, Intercalation, General Materials Science, 2D, Mechanical Engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Interaction energy, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Ultrathin, Kinetic barrier, Mechanics of Materials, Chemical physics, symbols, van der Waals force, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; VO2 (B) features two lithiation/delithiation processes, one of which is kinetically facile and has been commonly observed at 2.5 V versus Li/Li+ in various VO2 (B) structures. In contrast, the other process, which occurs at 2.1 V versus Li/Li+, has only been observed at elevated temperatures due to large interaction energy barrier and extremely sluggish kinetics. Here, it is demonstrated that a rational design of atomically thin, 2D nanostructures of VO2 (B) greatly lowers the interaction energy and Li+‐diffusion barrier. Consequently, the kinetically sluggish step is successfully enabled to proceed at room temperature for the first time ever. The atomically thin 2D VO2 (B) exhibits fast charge storage kinetics and enables fully reversible uptake and removal of Li ions from VO2 (B) lattice without a phase change, resulting in exceptionally high performance. This work presents an effective strategy to speed up intrinsically sluggish processes in non‐van der Waals layered materials.
Published: 2018

39. Optimization of Na-Ion Battery Systems Based on Polyanionic or Layered Positive Electrodes and Carbon Anodes

Author: Romain Dugas, Bo Zhang, Jean-Marie Tarascon, Patrick Rozier, Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Battery (electricity), Materials science, Matériaux, Inorganic chemistry, Oxide, chemistry.chemical_element, Na-ion, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, law.invention, chemistry.chemical_compound, law, Cell balancing, Materials Chemistry, Electrochemistry, Specific energy, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Cathode, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Anode, chemistry, Chemical engineering, Electrode, Full cell, 0210 nano-technology, Carbon, Voltage
Abstract: International audience; The revival of the Na-ion battery concept has prompted intense research activities toward new Na-based insertion compounds and their implementation in full Na-ion cells. Herein, we report the optimization of full Na-ion cells consisting of either a layered oxide Nax(Fe1/2Mn1/2)O2 or a polyanionic Na3V2(PO4)2F3 cathode associated with a hard carbon anode. From charge/discharge curves collected via 2 or 3-electrode measurements, the charge/discharge profiles of full cells are simulated to evaluate the maximum energy density these two systems can deliver. Similar energies of 235 W h kg−1 are found for both systems provided that a fully sodiated Na1(Fe1/2Mn1/2)O2 layered phase is used. Experimental cells confirm these values, and cells based on polyanionic compounds surpass the layered cathodes in terms of energy retention, average voltage and rate capabilities. By using Na sources to compensate for carbon's irreversible capacity, energy densities as high as 265 W h kg−1 can be reached with the Na3+xV2(PO4)2F3 / hard C system. Overall, such studies reveal that the gravimetric energy density advantage of layered over polyanionic compounds for Li-ion batteries vanishes by moving to Na-ion. We hope this information will be of great interest for battery manufacturers willing to enroll in the future commercialization of Na-ion batteries.
Published: 2016

40. Laser-scribed Ru organometallic complex for the preparation of RuO 2 micro-supercapacitor electrodes on flexible substrate

Author: Katerina Soulantica, S Nguyen, Marc Respaud, Anca Meffre, Patrice Simon, Reasmey P. Tan, Kevin Brousse, Pierre-Louis Taberna, Sébastien Pinaud, Angélique Gillet, Bruno Chaudret, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Atelier Interuniversitaire de Micro-Nano Electronique (AIME), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), ANR-16-CE17-0005,GENMSMD,Dissection génétique de la Susceptibilité Mendélienne aux infections mycobactériennes chez l'homme(2016), ANR-16-CE24-0012,MINOTORES,MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d'énErgie sur Substrat rigide et flexible(2016), Institut National Polytechnique [Toulouse] (INP)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique [Toulouse] (INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique [Toulouse] (INP)
Subjects: Materials science, General Chemical Engineering, Matériaux, Flexible micro-supercapacitor electrodes, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Capacitance, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Laser-writing, Electrochemistry, [CHIM]Chemical Sciences, Ruthenium oxide thin films, Thin film, Horizontal scan rate, Supercapacitor, [PHYS]Physics [physics], 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Ruthenium, Molecular Ru(COD)(COT), Chemical engineering, chemistry, Electrode, 0210 nano-technology, Polyimide
Abstract: International audience; Flexible and miniaturized energy storage devices are necessary for the development of wearable applications. Hence, micro-supercapacitors, which offer good compromise between energy densities, high power capabilities and long cycle life, have to be integrated on flexible substrates. Laser-writing techniques are suitable for engineering multiple materials within short times. The integration of RuO2 onto flexible substrates usually relies on the irradiation of ruthenium salts displaying an oxidation state of the metal varying from +II to +IV, and for which additives are necessary in the electrode to compensate the lack of adherence of the resulting large ruthenium grains. Here, we report a facile and scalable preparation of RuO2 flexible electrodes from direct laser-writing of a spin-coated solution of ruthenium molecular precursor, the Ru(COD)(COT) (COD = 1,5-cyclooctadiene, COT = 1,3,5-cyclooctatriene) and cellulose acetate, without the addition of any other capacitive material in the electrode. The obtained Ru/RuO2 deposit showed good adherence on a Au thin film deposited on either silicon or polyimide (Kapton™) substrates, and delivered up to 16 mF cm-2 at 100 mV s−1 in 1 M H2SO4. Furthermore, the flexible electrodes exhibited good capacitance retention, with more than 60% of the initial capacitance recorded at high scan rate of 10 V s−1. Laser-writing using this original ruthenium metallic precursor offers an easy and scalable fabrication method for preparing additive-free RuO2-based micro-supercapacitor electrodes.
Published: 2018

41. Tracking ionic fluxes in porous carbon electrodes from aqueous electrolyte mixture at various pH

Author: Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Yih-Chyng Wu, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Energy storage, Matériaux, Inorganic chemistry, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Ion, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, lcsh:Chemistry, Adsorption, Microporous carbon, Ion dynamics, Electrochemical quartz crystal microbalance, Polarization (electrochemistry), Supercapacitor, Aqueous solution, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Quartz crystal microbalance, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, lcsh:Industrial electrochemistry, lcsh:QD1-999, Cyclic voltammetry, 0210 nano-technology, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, lcsh:TP250-261
Abstract: Electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) and cyclic voltammetry (CV) techniques were used to study ion dynamics in porous carbide-derived carbon (CDC) electrodes in various aqueous electrolytes. Although the cyclic voltammetries look similar, EQCM revealed different ion transfer depending on the electrolyte during both positive and negative polarization. During polarization in neutral K2SO4 electrolyte, partial desolvation of cation and anion were observed in carbon micropores. In EMI+-HSO4− electrolyte, the main charge carrier during cation adsorption was not found to be bulkier EMI+, but smaller and highly mobile H+. Furthermore, ionic fluxes during charging/discharging were monitored and identified in multi-ions aqueous system, which was ambiguous according to the CV plots. EQCM shows its powerful ability to serve as an accurate gravimetry probe to study the electrolyte concentration and compositional changes in porous materials. Keywords: Electrochemical quartz crystal microbalance, Supercapacitor, Microporous carbon, Ion dynamics, Energy storage
Published: 2018

42. Blue Energy and Desalination with Nanoporous Carbon Electrodes: Capacitance from Molecular Simulations to Continuous Models

Author: Assane Sene, Patrice Simon, Pierre-Louis Taberna, Mathieu Salanne, Benjamin Rotenberg, Barbara Daffos, Michele Simoncelli, Matthieu Haefele, Nidhal Ganfoud, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut National de la Recherche en Informatique et en Automatique - INRIA (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines -UVSQ (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université Paris-Sud 11 (FRANCE), Maison de la Simulation (MDLS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Materials science, Capacitive deionization, QC1-999, Capacitive sensing, Matériaux, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Capacitance, Physical Chemistry, law.invention, law, Polarization (electrochemistry), Nanoporous, Physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Energy Research, 6. Clean water, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Capacitor, Computational Physics, Subject Areas: Computational Physics, Chemical physics, Cyclic voltammetry, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Capacitive mixing (CapMix) and capacitive deionization (CDI) are currently developed as alternatives to membrane-based processes to harvest blue energy—from salinity gradients between river and sea water— and to desalinate water—using charge-discharge cycles of capacitors. Nanoporous electrodes increase the contact area with the electrolyte and hence, in principle, also the performance of the process. However, models to design and optimize devices should be used with caution when the size of the pores becomes comparable to that of ions and water molecules. Here, we address this issue by simulating realistic capacitors based on aqueous electrolytes and nanoporous carbide-derived carbon (CDC) electrodes, accounting for both their complex structure and their polarization by the electrolyte under applied voltage. We compute the capacitance for two salt concentrations and validate our simulations by comparison with cyclic voltammetry experiments. We discuss the predictions of Debye-Hückel and Poisson-Boltzmann theories, as well as modified Donnan models, and we show that the latter can be parametrized using the molecular simulation results at high concentration. This then allows us to extrapolate the capacitance and salt adsorption capacity at lower concentrations, which cannot be simulated, finding a reasonable agreement with the experimental capacitance. We analyze the solvation of ions and their confinement within the electrodes—microscopic properties that are much more difficult to obtain experimentally than the electrochemical response but very important to understand the mechanisms at play. We finally discuss the implications of our findings for CapMix and CDI, both from the modeling point of view and from the use of CDCs in these contexts.
Published: 2018

43. Advanced analytical techniques to characterize materials for electrochemical capacitors

Author: Zifeng Lin, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Subjects: Supercapacitor, Materials science, Matériaux, 02 engineering and technology, Electrolyte, Quartz crystal microbalance, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Mass spectrometry, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Analytical Chemistry, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Capacitor, Adsorption, X-ray photoelectron spectroscopy, Chemical engineering, law, Desorption, Electrochemistry, 0210 nano-technology, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other
Abstract: International audience; This review covers recent developments in advanced analytical techniques to characterize materials for electrochemical capacitors. For double layer capacitors, examples of the use of in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), pulsed electrochemical mass spectrometry (PEMS) technique, temperature-programmed desorption coupled with mass spectroscopy (TPD-MS) technique, in situ NMR spectroscopy, and in situ dilatometry measurement are presented, for studying carbon/electrolyte interface with a focus onto electrolyte ions confinement in nanopores and changes during ageing. For the pseudocapacitive system, in situ X-ray (neutron) diffraction or scattering, in situ dilatometry technique, cavity micro-electrode, in situ Raman spectroscopy, TPD-MS technique, and electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) technique have been employed for studying materials structure, electrochemical kinetic, interface interaction, and ions adsorption/desorption. These advanced analytical techniques probe insight into charge storage mechanisms, and guiding the fast development of supercapacitors.
Published: 2018

44. Proton Ion Exchange Reaction in Li3 IrO4 : A Way to New H3+ x IrO4 Phases Electrochemically Active in Both Aqueous and Nonaqueous Electrolytes

Author: Perez, Arnaud J., Beer, Robin, Lin, Zifeng, Salager, Elodie, Taberna, Pierre-Louis, Abakumov, Artem M., Simon, Patrice, Tarascon, Jean-Marie, Sorbonne Université (SU), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Skolkovo Institute of Science and Technology [Moscow] (Skoltech), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Skolkovo Institute of Science and Technology - Skoltech (RUSSIA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Batteries, Layered oxides, Matériaux, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Pseudocapacitors, Protons, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; Progress over the past decade in Li‐insertion compounds has led to a new class of Li‐rich layered oxide electrodes cumulating both cationic and anionic redox processes. Pertaining to this new class of materials are the Li/Na iridate phases, which present a rich crystal chemistry. This work reports on a new protonic iridate phase H3+xIrO4 having a layered structure obtained by room temperature acid‐leaching of Li3IrO4. This new phase shows reversible charge storage properties of 1.5 e− per Ir atom with high rate capabilities in both nonaqueous (vs Li+/Li) and aqueous (vs capacitive carbon) media. It is demonstrated that Li‐insertion in carbonate LiPF6‐based electrolyte occurs through a classical reduction process (Ir5+ ↔ Ir3+), which is accompanied by a well‐defined structural transition. In concentrated H2SO4 electrolyte, this work provides evidence that the overall capacity of 1.7 H+ per Ir results from two additive redox processes with the low potential one showing ohmic limitations. Altogether, the room temperature protonation approach, which can be generalized to various Li‐rich phases containing either 3d, 4d or 5d metals, offers great opportunities for the judicious design of attractive electrode materials.
Published: 2018

45. Materials for supercapacitors: When Li-ion battery power is not enough

Author: Andrea Balducci, Eider Goikolea, Zhaoyang Lin, Gleb Yushin, Mathieu Salanne, Patrice Simon, Pierre-Louis Taberna, Katsuhiko Naoi, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Tokyo University of Agriculture and Technology - TUAT (JAPAN), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Universidad del País Vasco - Euskal Herriko Unibertsitatea - EHU (SPAIN), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), CIC EnergiGUNE (SPAIN), Georgia Institute of Technology (USA), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Friedrich-Schiller-Universität Jena (GERMANY), Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX - PHENIX (Paris, France), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), CIC ENERGIGUNE - Parque Tecnol Alava, Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea [Espagne] (UPV/EHU), Friedrich-Schiller-Universität = Friedrich Schiller University Jena [Jena, Germany], Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Georgia Institute of Technology [Atlanta], Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Battery (electricity), Materials science, Matériaux, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, law.invention, Ion, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, law, Li-ion battery, General Materials Science, Supercapacitor, Nanocomposite, Mechanical Engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), Power (physics), Capacitor, Mechanics of Materials, Pseudocapacitor, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Supercapacitors, also known as electrochemical capacitors, have witnessed a fast evolution in the recent years, but challenges remain. This review covers the fundamentals and state-of-the-art developments of supercapacitors. Conventional and novel electrode materials, including high surface area porous carbons for electrical double layer capacitors (EDLCs) and transition metal oxides, carbides, nitrides and their various nanocomposites for pseudocapacitors – are described. Latest characterization techniques help to better understand the charge storage mechanisms in such supercapacitors and recognize their current limitations, while recently proposed synthesis approaches enable various breakthroughs in this field.
Published: 2018

46. Ion Sieving Effects in Chemically Tuned Pillared Graphene Materials for Electrochemical Capacitors

Author: Harish Banda, Florence Duclairoir, Yves Chenavier, Barbara Daffos, Olivier Crosnier, Lionel Dubois, Stéphanie Pouget, Pierre-Louis Taberna, David Aradilla, Patrice Simon, Sandy Périé, SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Général des Rayons X (SGX), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conception d’Architectures Moléculaires et Processus Electroniques (CAMPE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP), Service Général des Rayons X (SGX ), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Microbiologie Environnementale et Moléculaire (MEM), Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-15-CE05-0022,SUGGEST,Architectures structurées de graphène conçues pour le stockage électrochimique(2015), Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Grenoble Alpes - UGA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), and Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)
Subjects: Energie électrique, Materials science, General Chemical Engineering, Matériaux, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Energy storage, law.invention, Ion, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, X-ray, Sieve, law, Materials Chemistry, Supercapacitors, [CHIM]Chemical Sciences, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Supercapacitor, Graphene, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), Chemical engineering, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Supercapacitors offer high power densities but require further improvements in energy densities for widespread commercial applications. In addition to the conventional strategy of using large surface area materials to enhance energy storage, recently, matching electrolyte ion sizes to material pore sizes has been shown to be particularly effective. However, synthesis and characterization of materials with precise pore sizes remain challenging. Herein, we propose to evaluate the layered structures in graphene derivatives as being analogous to pores and study the possibility of ion sieving. A class of pillared graphene based materials with suitable interlayer separation were synthesized, readily characterized by X-ray diffraction, and tested in various electrolytes. Electrochemical results show that the interlayer galleries could indeed sieve electrolyte ions based on size constrictions: ions with naked sizes that are smaller than the interlayer separation access the galleries, whereas the larger ions are restricted. These first observations of ion sieving in pillared graphene-based materials enable efficient charge storage through optimization of the d-spacing/ion size couple.
Published: 2018

47. Stochasticity of Pores Interconnectivity in Li–O 2 Batteries and its Impact on the Variations in Electrochemical Performance

Author: Clare P. Grey, Alexis Rucci, Amangeldi Torayev, Arnaud Demortière, Pieter C. M. M. Magusin, Vincent De Andrade, Céline Merlet, Alejandro A. Franco, Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Cambridge [UK] (CAM), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Argonne National Laboratory - ANL (USA), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Institut universitaire de France - IUF (FRANCE), University of Cambridge (UNITED KINGDOM), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie - RS2E (Amiens, France), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, Matériaux, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Overpotential, 010402 general chemistry, Electrochemistry, Interconnectivity, 01 natural sciences, law.invention, law, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, Physical and Theoretical Chemistry, Network model, 021001 nanoscience & nanotechnology, Cathode, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry, Chemical physics, Electrode, Lithium, 0210 nano-technology, Dispersion (chemistry)
Abstract: International audience; While large dispersions in electrochemical performance have been reported for lithium oxygen batteries in the literature, they have not been investigated in any depth. The variability in the results is often assumed to arise from differences in cell design, electrode structure, handling and cell preparation at different times. An accurate theoretical framework turns out to be needed to get a better insight into the mechanisms underneath and to interpret experimental results. Here, we develop and use a pore network model to simulate the electrochemical performance of three-dimensionally resolved lithium−oxygen cathode mesostructures obtained from TXM nanocomputed tomography. We apply this model to the 3D reconstructed object of a Super P carbon electrode and calculate discharge curves, using identical conditions, for four different zones in the electrode and their reversed configurations. The resulting galvanostatic discharge curves show some dispersion, (both in terms of capacity and overpotential) which we attribute to the way pores are connected with each other. Based on these results, we propose that the stochastic nature of pores interconnectivity and the microscopic arrangement of pores can lead, at least partially, to the variations in electrochemical results observed experimentally.
Published: 2018
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48. Accurate evaluations of both porosity and tortuosity of anodic films grown on rolled AA 1050 and on rolled or machined AA 2024 T3

Author: Laurent Arurault, Dung Di Caprio, Kévin Giffard, Christine Blanc, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), MECAPROTEC Industries (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), PSL Research University (FRANCE), Institut de Recherche de Chimie Paris - IRCP (Paris, France), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Mecaprotec Industries, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ministère de la Culture (MC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC)
Subjects: Materials science, Scanning electron microscope, Matériaux, Anodic films, chemistry.chemical_element, Tortuosity, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Electrolyte, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Aluminium, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Composite material, Porosity, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Anodizing, Aluminium alloys, Surfaces and Interfaces, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Surfaces, Coatings and Films, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, chemistry, Wetting, Anodization, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; The porosity of the anodic films grown on aluminium substrates depends on various operating conditions related to the anodization electrolyte and to the applied electrical parameters, as well as to the substrate itself. In the present study, three different aluminium substrates were studied and anodized: AA 1050 (rolled; thickness = 1 mm), AA 2024 T3 (rolled; 1 mm), and AA 2024 T3 (machined; 3 mm). For each type of anodic film, the porosity, as well as its changes during anodization, was accurately characterized using both field‐emission gun scanning electron microscopy (FEG‐SEM) and a reanodization technique. Moreover, for the first time, the corresponding tortuosity was quantified for all studied substrates. Results for rolled AA 2024 T3 and for machined AA 2024 T3 especially showed significant differences in tortuosity values, contributing towards clarifying, in part, their different wettability characteristics or anticorrosion behaviour, so far not clearly explained.
Published: 2018

49. Cation-Disordered Li3VO4: Reversible Li Insertion/Deinsertion Mechanism for Quasi Li-Rich Layered Li1+x[V1/2Li1/2]O2 (x = 0–1)

Author: Nagare Nishio, Katsuhiko Naoi, Yuki Orikasa, Patrick Rozier, Patrice Simon, Kazuaki Kisu, Etsuro Iwama, Keisuke Matsumura, Kazuhisa Baba, Wako Naoi, Junichi Miyamoto, Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Ritsumeikan University, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), K & W Inc. (JAPAN), Sorbonne Université (FRANCE), Tokyo University of Agriculture and Technology - TUAT (JAPAN), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Ritsumeikan Asia Pacific University - APU (JAPAN), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Supercapacitor, Energie électrique, Materials science, Matériaux, General Chemical Engineering, Diffusion, 02 engineering and technology, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Orders of magnitude (numbers), 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electrochemistry, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Ion, Crystallography, Octahedron, Electrode, Materials Chemistry, Absorption (chemistry), 0210 nano-technology, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other
Abstract: International audience; The reversible lithiation/delithiation mechanism of the cation-disordered Li3VO4 material was elucidated, including the understanding of structural and electrochemical signature changes during cycling. The initial exchange of two Li induces a progressive and irreversible migration of Li and V ions from tetrahedral to octahedral sites, confirmed by the combination of in situ/operando X-ray diffraction and X-ray absorption fine structure analyses. The resulting cation-disordered Li3VO4 can smoothly and reversibly accommodate two Li and shows a Li+ diffusion coefficient larger by 2 orders of magnitude than the one of pristine Li3VO4, leading to improved electrochemical performance. This cation-disordered Li3VO4 negative electrode offers new opportunities for designing high-energy and high-power supercapacitors. Furthermore, it opens new paths for preparing disordered compounds with the general hexagonal close-packing structure, including most polyanionic compounds, whose electrochemical performance can be easily improved by simple cation mixing.
Published: 2018

50. Stabilizing the Structure of LiCoPO4 Nanocrystals via Addition of Fe3+: Formation of Fe3+ Surface Layer, Creation of Diffusion-Enhancing Vacancies, and Enabling High-Voltage Battery Operation: Formation of Fe 3+ Surface Layer, Creation of Diffusion-Enhancing Vacancies, and Enabling High-Voltage Battery Operation

Author: Wako Naoi, Yiyo Lim, Katsuhiko Naoi, Patrice Simon, Naohisa Okita, Etsuro Iwama, Yusuke Takami, Yuki Sakai, Thierry Brousse, Kazuaki Kisu, Moulay Tahar Sougrati, Patrick Rozier, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), National Tsing Hua University - NTHU (TAIWAN), Sorbonne Université (FRANCE), Tokyo University of Agriculture and Technology - TUAT (JAPAN), Tokyo University of the Arts - TUA (JAPAN), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Université de Montpellier 1 (FRANCE), Université de Montpellier 2 (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie - RS2E (Amiens, France), Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Materials science, General Chemical Engineering, Electron energy loss spectroscopy, Matériaux, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Nanoparticle, 02 engineering and technology, General Chemistry, Electrolyte, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electrochemistry, 01 natural sciences, Redox, 0104 chemical sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Chemical engineering, X-ray photoelectron spectroscopy, Electrode, Materials Chemistry, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Surface layer, 0210 nano-technology
Abstract: Note : This article was published ASAP on September 21, 2018, with errors in Figures 1 and 3−5, Table 1, and in the Supporting Information. The corrected version was reposted on September 27, 2018.; International audience; Factors affecting the cyclability of the Fe-substituted LiCoPO4 (LiCo0.8Fe0.2PO4, LCFP) material were elucidated, including both the structural and electrode/electrolyte stability. Electrochemical characterization of the synthesized LCFP nanoparticles lends clear evidence for improved electrochemical stability of LCP, as well as enhanced rate capability, with Fe3+ substitution. Surface analysis using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron energy loss spectroscopy (EELS) suggest that Fe enrichment on the surface of LCFP occurs through the oxidation of Fe2+ into Fe3+ in the synthesis process. The Fe3+-rich phase on the LCP surface enhances the stability of the delithiated phase, preventing oxidative reactions with electrolytes during high-voltage operation. This surface protection persists as long as the electrochemical reduction of Fe3+ is avoided by ensuring that the full range of operating voltages lie above the Fe3+/Fe2+ redox potential. Our findings may offer new approaches to stabilize the structure of LCP and other high-voltage positive electrodes for use in 5 V-class Li-ion batteries.
Published: 2018

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