Recyclage des piles alcalines pour la fabrication de matériaux destinés aux batteries zinc-ion // recycling of alkaline batteries for zinc-ion battery materials

Topic description

Chaque année, des milliards d'unités de piles alcalines sont vendues dans le monde. Rien qu'en
France, ce chiffre atteignait 1 milliard en. Le présent projet de thèse vise à développer une filière innovante de recyclage des piles alcalines usagées afin de valoriser leurs matériaux actifs pour la fabrication de composants de batteries Zinc-ion flexibles.
L'objectif de la thèse est de recycler la matière active (MnO₂, Zn) des piles alcalines usagées
pour élaborer des batteries Zinc-ion à plus haute valeur ajoutée. Nous visons des dispositifs
flexibles et quasi-solides, compatibles avec les exigences de l'électronique portable ou
embarquée.
Dans le cadre de ce projet de thèse, les solutions issues du traitement hydrométallurgique des deux
électrodes seront utilisées pour réaliser des dispositifs zinc-ion rechargeables en optimisant
les propriétés physico-chimiques de l'électrolyte pour élargir ainsi le domaine d'électroactivité de l'électrolyte, avec l'objectif d'atteindre ou dépasser les performances des électrolytes usuels.
Pour élaborer des dispositifs haute tension et quasi-solide, l'élaboration d'un électrolyte
polymère gel sera optimisé. Parallèlement, les matériaux provenant de la cathode des piles alcalines, principalement des dérivés du MnO₂, seront régénérés ou restructurés afin d'être réutilisés comme matériaux actifs dans les cathodes des batteries Zinc-ion. Une étude approfondie sera menée pour identifier les phases les plus performantes.
Les performances électrochimiques des dispositifs seront évaluées notamment en termes de
rendement coulombique, de capacité spécifique et de stabilité au cyclage. L'ensemble de ces
études permettra de démontrer la faisabilité et l'efficacité d'un système de stockage d'énergie
reposant entièrement sur des matériaux issus du recyclage de piles alcalines.
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Billions of alkaline cells are being sold every year in the world, creating considerable waste and pollution. This PhD thesis will aim at recycling the active materials of used alkaline batteries (MnO₂, Zn) that will be incorporated into electrolyte and electrode materials formulation of zinc-ion batteries, including flexible and quasi-solid state devices.
An easy hydrometallurgic recycling process of the two electrodes will afford solutions that can be used for electrolyte formulation. The physico-chemical properties of the electrolyte will be optimized in order to reach or outperform state-of-the-art performances of current zinc-ion battery electrolytes. In particular, quasi-solid state gel polymer electrolytes will be investigated. In parallel, alkaline batteries cathode materials (e;g. MnO₂ derivatives) will be regenerated. Optimal phases will be identified and porous morphologies will be looked for in order to favor ionic diffusion and reversible insertion/extraction. Electrochemical performances of zinc-ion devices will be thoroughly evaluated. Ultimately, this work will bring a proof-of-concept of alkaline cells recycling into zinc-ion batteries.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

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Financement d'une collectivité locale ou territoriale