Description

Pour répondre aux nouveaux enjeux environnementaux (réduction des émissions de gaz à effet de serre, amélioration de la qualité de l'air, ...), des normes de plus en plus strictes sont mises en place à l'échelle nationale et européenne. Elles incitent notamment les constructeurs automobiles à investir davantage dans des technologies à faibles émissions, dont font partie les véhicules électriques. Les systèmes pour le stockage de l'énergie (batteries) deviennent donc des composants essentiels pour effectuer cette transition. Ainsi pour augmenter les performances des batteries, de nombreux matériaux organiques et inorganiques pour électrodes positives ou négatives mais aussi pour électrolyte (cas spécifique des batteries tout solide) sont synthétisés et étudiés. L’un des points cruciaux de recherche est de déterminer leurs évolutions au cours du cyclage afin de comprendre leurs mécanismes de dégradation (chimiques, structuraux, mécaniques). Dans ce contexte, des études sont entreprises pour réaliser des analyses in-situ et/ou « operando » pour une investigation au plus proche du temps réel. La microscopie électronique à balayage (MEB) offre un bon compromis en termes de résolution spatiale et permettant la réalisation d’études à l’échelle réelle des batteries développées en laboratoire.

Le projet DOME (Développement d’expériences de cyclage in-situ dans un micrOscope électronique à balayage pour l’étude de batteries M-ion en milieu Electrolyte liquide) a pour but de développer des expériences de cyclage in-situ en milieu électrolyte liquide dans le microscope électronique à balayage environnemental (MEBE) pour étudier les modifications morphologiques et chimiques ayant lieu aux interfaces entre les matériaux actifs des électrodes et l’électrolyte liquide en étant au plus près de la configuration des systèmes utilisés en laboratoire ou commercialement. Ce travail passe par l’adaptation des cellules électrochimiques in-situ présentes au LRCS et/ou le développement de nouvelles ainsi que par la réalisation d’expériences de validation sur des systèmes modèles. Par la suite, l’utilisation de ces dispositifs permettra de suivre à des étapes clés du cyclage (in-situ) ou dans la mesure du réalisable en temps réel (operando) au cours du cyclage différentes modifications telles que des phénomènes d’expansion volumique d’électrode, de solubilisation-précipitation, de formation d’interphases d’électrolyte solide (SEI, CEI, …), de broyage électrochimique, … La connaissance de ces informations, de leur déclenchement temporel le tout lié à l’électrochimie permettra de mieux comprendre les paramètres limitants les performances électrochimiques des systèmes étudiés à l’échelle de la batterie complète et de mettre en place les procédures de remédiation appropriées.

Compétences requises

Nous recherchons pour cette thèse un(e) candidat(e) motivé(e) ayant de solides connaissances en chimie des matériaux, électrochimie. Une expérience préalable en microscopie électronique et logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur) (ex : Fusion 360, ...) sera hautement appréciée. La maîtrise de l'anglais, ainsi que des aptitudes à la rédaction et à l'expression orale, et la capacité à travailler en équipe sont vivement recommandées.

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Mots clés

batterie, électrochimie, microscopie électronique, in-situ/operando