(Table 1) Sulfur and oxygen isotopes from two anhydrite samples recovered from DSDP Hole 70-504B

The first anhydrite reported from oceanic basalts occurs in altered basalts drilled during DSDP Leg 70 from Hole 504B. Anhydrite has been identified in several samples, two of which were studied in detail. Anhydrite in Sample 504B-40-3 (130-135 cm), which was acquired at 310 meters sub-basement, occurs in a dolerite at the center of a vug rimmed by saponite and calcite. Red iron-hydroxide-rich alteration halos occur from 0 to 310 meters sub-basement; primary sulfides in these halos are oxidized, and the rocks have lost large amounts of sulfur. The anhydrite in this sample has a d34S value of 18.5 per mil, and it is interpreted to have formed from a fluid containing a mixture of seawater sulfate (20.9 per mil) and basaltic sulfur (0 per mil) released during the oxidation of primary sulfides. Anhydrite in Sample 504B-48-3 (14-18 cm), which was found at 376 meters sub-basement, occurs intergrown with gyrolite at the center of a 1-cm-wide vein that is rimmed by saponite and quartz. At sub-basement depths below 310 meters to the bottom of the Leg 70 section (562 m sub-basement), the rocks exhibit the effects of anoxic alteration with common secondary pyrite. Anhydrite in Sample 504B-48-3 (14-18 cm) has a d34S value of 36.7 per mil, and it is interpreted to have formed from seawater-derived fluids enriched in 34S through sulfate reduction. Temperatures of alteration calculated from oxygen isotope data range from 60 to 100°C. Sulfate reduction may have occurred in situ, or elsewhere at higher temperature, possibly deeper in the crust. The secondary mineral paragenetic sequence indicates a progressive decrease in Mg and increase in Ca in the circulating fluids. This eventually led to anhydrite formation late in the alteration process.

Effect of the Electrolyte Formulation on the Performances of Edlc and Li-Ion Batteries

One of the most important components in electrochemical storage devices (batteries and supercapacitors) is undoubtedly the electrolyte. The basic function of any electrolyte in these systems is the transport of ions between the positive and negative electrodes. In addition, electrochemical reactions occurring at each electrode/electrolyte interface are the origin of the current generated by storage devices. In other words, performances (capacity, power, efficiency and energy) of electrochemical storage devices are strongly related to the electrolyte properties, as well as, to the affinity for the electrolyte to selected electrode materials. Indeed, the formulation of electrolyte presenting good properties, such as high ionic conductivity and low viscosity, is then required to enhance the charge transfer reaction at electrode/electrolyte interface (e.g. charge accumulation in the case of Electrochemical Double Layer Capacitor, EDLC). For practical and safety considerations, the formulation of novel electrolytes presenting a low vapor pressure, a large liquid range temperature, a good thermal and chemical stabilities is also required.

This lecture will be focused on the effect of the electrolyte formulation on the performances of electrochemical storage devices (Li-ion batteries and supercapacitors). During which, a summary of the physical, thermal and electrochemical data obtained by our group, recently, on the formulation of novel electrolyte-based on the mixture of an ionic liquid (such as EmimNTf2 and Pyr14NTf2) and carbonate or dinitrile solvents will be presented and commented. The impact of the electrolyte formulation on the storage performances of EDLC and Li-ion batteries will be also discussed to further understand the relationship between electrolyte formulation and electrochemical performances. This talk will also be an opportunity to further discuss around the effects of additives (SEI builder: fluoroethylene carbonate and vinylene carbonate), ionic liquids, structure and nature of lithium salt (LiTFSI vs LiPF6) on the cyclability of negative electrode to then enhance the electrolyte formulation. For that, our recent results on TiSnSb and graphite negative electrodes will be presented and discussed, for example 1,2.

1-C. Marino, A. Darwiche1, N. Dupré, H.A. Wilhelm, B. Lestriez, H. Martinez, R. Dedryvère, W. Zhang, F. Ghamouss, D. Lemordant, L. Monconduit “ Study of the Electrode/Electrolyte Interface on Cycling of a Conversion Type Electrode Material in Li Batteries” J. Phys.chem. C, 2013, 117, 19302-19313

2- Mouad Dahbi, Fouad Ghamouss, Mérièm Anouti, Daniel Lemordant, François Tran-Van “Electrochemical lithiation and compatibility of graphite anode using glutaronitrile/dimethyl carbonate mixtures containing LiTFSI as electrolyte” 2013, 43, 4, 375-385.

Synthesis and Characterization of Nanostructured Electro-active Materials

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Développement et caractérisation de nouveaux nanocomposites polymères électriquement conductueurs pour plaques bipolaires de piles à combustible à membrane échangeuse de protons, PEMFC

Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.