Missions

Le développement des batteries sodium-ion (NIBs) en tant que solution de stockage d’énergie complémentaire aux batteries lithium-ion (LIBs), largement utilisées, suscite un intérêt croissant à l’échelle mondiale, et les NIBs ont déjà été commercialisées pour des applications à haute puissance. Cependant, la densité énergétique maximale obtenue jusqu’à présent est d’environ 120 Wh/kg (au format cylindrique 18650) pour les cellules Na3V2(PO4)2F3 (NVPF)|Carbone dur (HC) et d’environ 140–160 Wh/kg (au format 18650 ou pochette) pour les cellules oxyde lamellaire|HC. Afin d’améliorer leur compétitivité, la densité énergétique des cellules sodium-ion doit être augmentée.

Une solution potentielle consiste à remplacer l’électrode négative actuelle en carbone dur par des anodes d’alliage (par exemple Sn, Sb, Pb), qui offrent une capacité 2 à 4 fois supérieure à celle de l’électrode HC conventionnelle. Cependant, le cyclage des anodes d’alliage n’a été démontré que dans des électrolytes contenant un solvant de type glyme, qui reste stable lors de la réduction et assure ainsi une réactivité interfaciale minimale à l’électrode négative. Malgré cela, les électrolytes à base de glyme présentent une stabilité oxydative plus faible que les solvants esters carbonates utilisés commercialement, ce qui pose des difficultés lorsqu’ils sont associés à des électrodes positives à haut voltage.

Nos études récentes sur des cellules Na-ion NVPF/Sn-HC montrent que les électrolytes glyme s’oxydent à la surface du NVPF pour former différents sous-produits qui dégradent les anodes d’alliage. Ainsi, notre projet vise à suivre la dégradation structurale se produisant dans les anodes d’alliage en raison des espèces parasites, via des analyses SAXS/WAXS et spectroscopiques des matériaux frais et vieillis (ex situ et operando lorsque possible).

Le projet implique le CSE (UMR8260), Phenix – Sorbonne Université, et SyMMES (CEA, Grenoble). Les candidat(e)s doivent posséder des connaissances approfondies en électrochimie et en science des matériaux, en particulier en analyses structurales, ainsi qu’une expérience pratique dans l’assemblage de cellules Li/Na-ion. Une expérience en SAXS/WAXS sera fortement appréciée. Une parfaite maîtrise de l’anglais est requise. La majorité du travail se déroulera à Paris (entre CSE et Phenix), et une partie du temps sera passée à SyMMES (Grenoble) durant les périodes de faisceau.

Activités

Cette étude portera sur le revêtement des électrodes, la préparation de l'électrolyte, l'assemblage des cellules et le vieillissement, en utilisant différentes techniques physico-chimiques et électrochimiques. La chimie de l'interface et sa stabilité seront étudiées par des techniques électrochimiques et spectroscopiques, telles que la voltampérométrie cyclique (en oxydation et en réduction), le cyclage galvanostatique, la mesure de la variation de résistance au cours du cyclage, la XPS, la XAS, etc. Les variations de pression et l'évolution des produits gazeux lors de la formation de l'interface et au cours du cyclage seront suivies par des analyses de pression et de spectrométrie de masse. Un profil multidisciplinaire, alliant science des matériaux et électrochimie, serait un atout.

Compétences

Un doctorat est requis. Un profil multidisciplinaire, incluant des connaissances en science des matériaux et en électrochimie, serait souhaitable, de même qu'une excellente maîtrise de l'anglais. Les candidats ayant une expérience des analyses SAXS/WAXS et du traitement de grands ensembles de données seront privilégiés.

Contexte de travail

La majorité du travail se déroulera à Paris (entre CSE et Phenix), et une partie du temps sera passée à SyMMES (Grenoble) durant les périodes de faisceau.

Contraintes et risques

Nil