Description

Les batteries Li-ion ont connu un succès considérable ces dernières années, mais la recherche de batteries présentant une densité d’énergie encore plus élevée, une durée de vie plus longue et des matériaux plus durables se poursuit. Ces avancées nécessitent une compréhension à l’échelle atomique des mécanismes de fonctionnement des batteries pendant les cycles de charge et de décharge, obtenue grâce à des mesures operando. La spectroscopie RMN s’est imposée comme une technique puissante pour ce type d’études, mais elle reste limitée par une faible sensibilité et un manque de sélectivité vis-à-vis des différentes parties de la cellule électrochimique.
L’objectif de ce projet de thèse est de faire progresser les mesures de RMN operando des batteries selon deux axes complémentaires : (1) augmenter la sensibilité expérimentale grâce à la mise en œuvre de nouvelles géométries de cellules, et (2) cibler des parties spécifiques de la batterie à l’aide de séquences d’impulsions RMN avancées. Ces développements seront appliqués à des questions pertinentes concernant les batteries Li-ion et Na-ion, par exemple l’étude d’espèces diluées et de processus rapides.
Le travail de thèse portera principalement sur la mise en œuvre, l’optimisation et l’analyse d’expériences de RMN operando sur des batteries Li-ion et Na-ion. En complément, le ou la doctorant·e réalisera l’assemblage des batteries et leur cyclage électrochimique, et contribuera au développement de nouveaux formats de cellules RMN operando.

Compétences requises

Candidate profile: We are looking for a highly motivated candidate with good knowledge in physical chemistry and a strong interest in solid-state NMR spectroscopy. First research experience in NMR spectroscopy and/or batteries will be a plus. Proficiency in English is essential; knowledge of French is not required.

Bibliographie

Relevant publications
K. Märker, C. Xu, C. P. Grey, Operando NMR of NMC811/graphite lithium-ion batteries: Structure, dynamics, and lithium metal deposition. J. Am. Chem. Soc. 142 (2020), 17447.

T. Patranika, K. Märker, S. Paul, A. J. Naylor, J. Mindemark, K. Edström, G. Hernández, Interaction of Boron-Based Cross-Linkers with Polymer Binders for Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries. ACS Appl. Polym. Mater. 6, 12429–12440 (2024).

M. Bofanova, P. M. Delfino, J.-N. Audinot, W. Porcher, K. Märker, E. De Vito, N. Dupré, Exploring Li pathways in Si-C/Gr electrodes and their SEI in Li batteries using Li isotope tracing by MAS NMR and FIB-SIMS. Nano Energy 144, 111324 (2025).

Mots clés

Operando NMR, Battery, Solid-state NMR, Sensitivity