Etude ab initio des nouveaux matériaux 2D comme anode pour les batteries aux ions de Lithium et aux ions de Sodium

Abstract

Cette thèse utilise les techniques des premiers principes, principalement la méthode ab initio, pour étudier les matériaux d'anode pour les batteries aux ions de Lithium-ion et aux ions de Sodium (LIBs et NIBs,). Le premier travail c’est une étude ab initio de matériau 2D-BC3 qui a été déjà synthétisé, dans ce qui suit, nous avons élaboré des travaux qui portent sur une étude de prédiction théorique des structures des monocouches XC7 (X = B, Si et Ge) similaires à celle de Graphene candidats pour les LIB et les NIB. Les calculs révèlent que ces structures possèdent des résultats intéressants (comme la capacité de stockage théorique) dont certaines peuvent être utilisées pour mieux interpréter les résultats expérimentaux antérieurs. Premièrement la distribution des phonons et l’énergie de formation démontrent que les structures des monocouches XC7 ont une bonne stabilité thermodynamique, deuxièmement la tension de circuit ouvert (OCV) illustre que la cellule unitaire des structures des monocouches XC7 peuvent stocker un nombre intéressant des ions de Lithium et de Sodium sur leurs surfaces, ce qui a reflété positivement la capacité de stockage théorique, car on a prouvé que nos matériaux possèdent une large capacité de stockage théorique en les comparant avec d’autres matériaux 2D. Le comportement électronique de l’adsorption des ions de Lithium et de Sodium sur les deux surfaces des monocouches XC7 a été étudié en calculant les énergies d’adsorption et les densités électroniques. On a prouvé que les énergies d’adsorption restent négatives avec l’augmentation du nombre des ions de Lithium et de Sodium adsorbé, ainsi les calculs des densités électroniques illustrent que les matériaux 2D-XC7 ont un caractère métallique après l’adsorption des ions de Lithium et de Sodium. Finalement les études de la densité des charges et l’analyse de Bader Charge montrent que les électrons sont transférés des atomes de Lithium vers la monocouche XC7 ce qui prouve la nature anodique de nos matériaux.