Doping of Metal Oxides for Battery Electrodes in Ion-Gated Transistor Configuration

Les batteries lithium-ion (LIB) sont une technologie universellement utilisée pour le stockage électrochimique de l'énergie. Elles exploitent des matériaux d'intercalation qui présentent à la fois une conductivité des ions lithium et une conductivité électronique, c'est-à-dire une conductivité mixte ion-électron. La plupart des batteries LIB commerciales sont constituées d'oxyde de cobalt de lithium, d'oxyde de manganèse de lithium ou de phosphate de fer de lithium comme matériaux de cathode, et de graphite comme matériau d'anode. Le lithium et le cobalt, largement utilisés dans les piles à combustible, sont des éléments critiques, de sorte que le recyclage des piles à combustible est aujourd'hui impératif. À cette fin, il est important d'établir des paramètres permettant de déterminer le moment opportun pour déclarer une pile à combustible "usée" et, par conséquent, "à recycler". Le fonctionnement des piles à lithium implique une variété de processus chimiques et physiques qui nécessitent des méthodes avancées pour comprendre leur effet sur les performances de la batterie pendant sa durée de vie utile. La présence de processus électrochimiques irréversibles impliqués dans le fonctionnement des piles à lithium-ion complique la détermination précise de l'état de santé des piles à lithium-ion. Des études avancées de caractérisation in situ et ex situ de la dégradation des piles à lithium indiquent que la détermination de l'état de santé des piles à lithium nécessite des mesures in operando. Les transistors à grille ionique (IGTs) sont des dispositifs polyvalents qui peuvent moduler la conductivité électronique des matériaux en utilisant différentes géométries, différents matériaux et différents milieux ioniques. Les transistors ioniques fonctionnent en induisant l'accumulation et/ou l'insertion d'ions près de la surface ou à l'intérieur d'un matériau semi-conducteur, ce qui permet de moduler la conductivité électronique du canal du transistor. Dans les IGT, l'utilisation d'un matériau d'électrode de grille à surface élevée, tel que le charbon actif (dont la surface est de l'ordre de 103