Missions

Les batteries Zn-MnO₂ ont principalement été étudiées pour le développement et la commercialisation de systèmes primaires, communément appelés "piles alcalines". L'intérêt croissant pour ces systèmes réside actuellement dans leur capacité à stocker de l'énergie de manière sûre et économique. Malgré des efforts significatifs au cours des 100 dernières années pour rendre les piles alcalines rechargeables, ces dispositifs présentent encore des problèmes de sécurité critiques en raison de l'instabilité intrinsèque de leurs composants dans un électrolyte alcalin. Pour résoudre certains problèmes de stabilité, Yamamoto a proposé en 1986 de modifier la composition de l'électrolyte en utilisant des solutions légèrement acides de ZnSO₄. Cela a permis de rendre l'anode plus stable.
Malgré ces avancées prometteuses, la mise en œuvre de dispositifs commerciaux nécessite encore des progrès, en particulier pour résoudre les problèmes liés à l'anode, notamment la croissance dendritique du métal de zinc. Bien que de nombreuses publications offrent des listes détaillées d'additifs pour traiter les problèmes de dendrites, les tests n'ont pas encore permis de simuler efficacement des conditions pratiques.
Par conséquent, nous avons pour objectif de lancer une caractérisation approfondie de la morphologie du dépôt de zinc dans différentes conditions expérimentales afin de mieux comprendre les paramètres essentiels à la conception d'une anode en zinc. Le processus d'électrodéposition peut également être réalisé sur différents supports et avec différents électrolytes, mais notre approche se concentrera principalement sur l'électrolyte ZnSO₄ (solutions légèrement acides).
La distribution éparse des noyaux de zinc peut probablement être attribuée à la barrière énergétique élevée associée au processus de nucléation. Ainsi, nous proposons une étude axée sur une stratégie simple impliquant un traitement de pré-cyclage de l'anode en métal de zinc.

Activités

Le candidat doit posséder une connaissance approfondie des processus d'électrodéposition et des phénomènes d'interface. Son travail portera sur l'étude du dépôt de zinc à différentes températures et sur la caractérisation des conditions expérimentales responsables du dépôt dendritique. Une fois ces conditions identifiées, le candidat optimisera le processus de revêtement de zinc avec des polymères et/ou le dépôt de zinc sur différents substrats. La compatibilité de son travail d'optimisation sera évaluée dans une cellule prototype à haute puissance développée à Amiens au sein de l'Energy Hub en collaboration avec le Dr. Mathieu Morcrette.
Les livrables attendus du projet sont les suivants :
- Plusieurs cellules Zn/MnO2 présentant une capacité gravimétrique de 450 mAh/g entre 100 et 500 cycles à température ambiante.
- Plusieurs cellules Zn/MnO2 présentant une capacité gravimétrique de 450 mAh/g pendant au moins 50 cycles à -25°C et +55°C.
- Développement de cellules unitaires (format cylindrique de type pile alcaline ou format 18650 de type « bobino ») de 1 Ah présentant une durée de vie d'environ 100 cycles à 25 °C. La production est estimée à 40 cellules, soit une fabrication de 5 cellules par semaine sur une période de 4 mois.

Compétences

Un chercheur possédant 3 ans ou plus d’expérience en recherche dans le domaine des batteries Zn/MnO2 est requis. Les candidats titulaires d'un doctorat seront privilégiés. Un profil pluridisciplinaire comprenant des notions en science des matériaux et en électrochimie serait souhaitable, de même qu'une maîtrise de l'anglais.

Contexte de travail

La majorité des travaux seront réalisés en Chimie du solide et énergie au Collège de France, Paris. Peu de déplacements vers d'autres laboratoires du réseau RS2E sont à prévoir en fonction des besoins.