Résumé
Les batteries au magnésium, appartenant aux systèmes dits post-lithium, offrent des propriétés intéressantes. L'intérêt du magnésium vient de sa double charge et de son faible potentiel redox qui permet théoriquement des batteries à haute densité d'énergie, tout en utilisant un matériau très abondant et peu coûteux. Cependant, les batteries au magnésium sont encore loin d'être commercialisées. Une des principales difficultés provient de la formation d'une couche passive à la surface du magnésium en contact avec des électrolytes liquides conventionnel. Cette couche bloquante entrave le processus réversible de plating/stripping du magnésium en gênant la diffusion des ions. Dans cette thèse financée par l'Agence nationale de la recherche (ANR), nous avons développé des techniques basées sur l'utilisation de composés intermétalliques pour limiter la formation de telles couches bloquantes. L'utilisation d'alliages de magnésium (Mg2Sn, Mg3Bi2 et Mg2Pb) comme électrode négative a fortement amélioré le comportement électrochimique des batteries au magnésium dans un électrolyte conventionnel, notamment avec l'alliage Mg2Sn qui présente les meilleures performances. De plus, des simulations ont permis de quantifier la perte significative de densité d'énergie causée par l'utilisation de telles électrodes d'alliages. Dans le but d'améliorer la densité d'énergie, la création de couches protectrices composées d'alliages de magnésium a été expérimentée. Le dépôt d'éléments du bloc p à la surface d'électrodes de magnésium par réduction de sels (Bi(OTf)3 et Sn(OTf)3) dissous dans un solvant a montré un mauvais comportement électrochimique. La morphologie dendritique et l'absence d'alliages cristallins formés semblent être les principales raisons conduisant à ces résultats. Par la suite, nous avons exploré une nouvelle technique utilisant du métal liquide (Hg ou Ga) pour former des couches protectrices d'alliage sur des électrodes de magnésium. Les alliages MgHg2 et Mg2Ga5 ont été créés avec succès, tandis qu'un comportement électrochimique très intéressant a été obtenu avec la couche de protection à base de gallium. Des cellules complètes utilisant divers matériaux d'électrodes positives ont montré une nette amélioration de la stabilité en utilisant un électrolyte Mg(TFSI)2/DME conventionnel. Dans l'ensemble, cette thèse a contribué à prouver les possibilités apportées par la protection d'électrodes en magnésium et a permis de présenter une preuve de concept de couches protectrices à base de gallium, démontrant des progrès intéressants vers des batteries au magnésium compétitives.