Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation
CEMHTI - UPR3079 CNRS

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Structure et Dynamique : Matériaux pour l'Energie et Sels Fondus
Structure and Dynamics : Materials for Energy and Molten Salts

Responsable : Michaël Deschamps / List of Publications...

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2018 Florian Forato, Anouar Belhboub, Julien Monot, Marc Petit, Roland Benoit, Vincent Sarou-Kanian, Franck Fayon, Denis Jacquemin, Clémence Queffelec, Bruno Bujoli
'Phosphonate-mediated immobilization of rhodium/bipyridine hydrogenation catalysts'
Chem.-Eur. J. 24 2457–2465 (2018) doi:10.1002/chem.201705283


L'équipe a acquis un savoir-faire unique dans le domaine de la RMN à haute température, qui est par ailleurs un des rares outils capables de sonder la structure et la dynamique des milieux  fondus à hautes températures (jusqu’à 1500°C).

L’étude par RMN in situ de milieux sels fondus, corrosifs, volatiles et hygroscopiques est réalisée en creusets étanches et inertes, chauffés par laser CO2. Cette instrumentation est unique à l’échelle internationale et nous permet de décrire la structure des bains fondus en identifiant les espèces en présence formées selon l’influence de différents paramètres environnementaux ou en mesurant le coefficient de diffusion des espèces mobiles.

Nos résultats sont confrontés aux données expérimentales obtenues par électrochimie ou par EXAFS in situ. Les études de milieux à haute température par RMN sont aujourd’hui efficacement complétées par la dynamique moléculaire et par le calcul ab initio de paramètres RMN permettant d’interpréter les variations de déplacements chimiques ou de coefficients de diffusion observées lors de modifications de conditions expérimentales, ce qui est unique aujourd’hui dans le monde.

Applications:

électrolyse de l’aluminium, fluorures d’intérêt nucléaire (pour le retraitement des déchets par voie pyrochimique, en tant que fluides caloporteurs ou bien dans le cadre d’un réacteur à sels fondus, un des concepts proposés pour les réacteurs de Génération IV, électrolytes solides pour batteries ou SOFC.

Matériaux pour le stockage de l'énergie

L'équipe s'intéresse à la caractérisation de matériaux de batteries et supercondensateurs (ordre/désordre, défauts, mobilité ionique...) et à l'étude des mécanismes de charge et décharge par RMN in situ & operando. La RMN apporte une information complémentaire des autres spectroscopies ou techniques de diffraction sur l'environnement et la mobilité des atomes porteurs de spins.

L'utilisation de gradients de champs pulsés permet de mesurer la diffusion des molécules des électrolytes dans des électrodes modèles ou de localiser le signal émis par une partie de l'électrode en condition operando avec une résolution de 100 micromètres dans les batteries.


Imagerie spectroscopique du 7Li dans une batterie LCO-LTO



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ACL

doi  
Aydar Rakhmatullin, Mathieu Allix, Ilya B.Polovov, Dmitry Maltsev, Andrey V.Chukin, Rinat Bakirov, Catherine Bessada
"Combining NMR crystallography and powder X-ray diffraction for CsSc3F10 structure determination"
Journal of Alloys and Compounds in press

ACL

doi HAL 
G.Yan, M.Sathiya, G.Rousse, Q.Jacquet, M.Deschamps, R.David, B.Mirvaux, J.W.Freeland, J-M.Tarascon
"Higher energy and safer sodium ion batteries via an in situ electrochemically made disordered new Na3V2(PO4)2F3 material"
Nature Communications 10 1-12 2019

ACL

doi  
Aydar Rakhmatullin, Kelly Machado, Didier Zanghi, Ilya B.Polovov, Rinat Bakirov, Konstantin V.Maksimtsev, Catherine Bessada
"Study of the NaF-ScF3 system as a molten bath for production of Sc alloys: a combination of NMR and Molecular Dynamics simulations"
Journal of Alloys and Compounds 786 953-959 2019

ACL

doi  
Kelly Machado, Didier Zanghi, Mathieu Salanne and Catherine Bessada
"Structural, Dynamic, and Thermodynamic Study of KF−AlF3 Melts by Combining High-Temperature NMR and Molecular Dynamics Simulations"
Journal of Materials Chemistry C 123 2147-2156 2019
ACL

doi  
D.Gyabeng, P.A.Martin, U.Pal, M.Deschamps, M.Forsyth, L.A.O’Dell
"Investigating intermolecular interactions in a DME-based hybrid ionic liquid electrolyte by HOESY NMR"
Frontiers in Chemistry 7 4 2019
ACL

doi HAL 
J.Dabachi, M.Body, J.Dittmer, A.Rakhmatullin, F.Fayon, C.Legein
"Insight into the factors influencing NMR parameters in crystalline materials from the KF-YF3 binary system"
Dalton Transactions 48 587-601 2019

ACL

doi HAL 
N.Dubouis, A.Serva, E.Salager, M.Deschamps, M.Salanne, A.Grimaud
"The Fate of Water at the Electrochemical Interfaces: Electrochemical Behavior of Free Water vs. Coordinating Water"
Journal of Physical Chemistry Letters 9 (23) 6683–6688 2018

ACL

doi  
P.A.Martin, F.Chen, M.Forsyth, M.Deschamps, L.O'Dell
"Correlating Intermolecular Cross-Relaxation Rates with Distances and Coordination Numbers in Ionic Liquids"
Journal of Physical Chemistry Letters 9 (24) 7072–7078 2018

ACL

doi HAL 
L.Martel, E.Capelli, M.Body, M.Klipfel, O.Benes, L.Maksoud, P.Raison, E.Suard, L.Visscher, C.Bessada, C.Legein, T.Charpentier, A.Kovács
"Insight into the crystalline structure of ThF4 with the combined used of neutron diffraction, 19F MAS-NMR and DFT calculations"
Inorganic Chemistry 57 15350–15360 2018

ACL

doi HAL 
N.Dubouis, P.Lemaire, B.Mirvaux, E.Salager, M.Deschamps, A.Grimaud
"The role of hydrogen evolution reaction on the solid electrolyte interphase formation mechanism for “Water-in-Salt” electrolytes"
Energy & Environmental Science 11 3491-3499 2018

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