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Electrodes négatives à base de carbone pour des batteries au potassium (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR5253-LORSTI-001
Lieu de travail : MONTPELLIER
Date de publication : lundi 4 février 2019
Nom du responsable scientifique : Lorenzo Stievano, Laure Monconduit, Patrik Johansson
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 avril 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 1 768,55 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les batteries Li-ion sont devenues incontournables dans le monde moderne pour leur applications dans les objets nomades et les voitures électriques. Malgré cela, le lithium est disponible en quantités limitées et concentrées sur des sites spécifiques, ce qui rend difficile et coûteux leur application pour le stockage à grande échelle (TWh), par exemple pour stocker l'énergie issue de sources renouvelables. Il est donc nécessaire de trouver des moyens de stockage alternatifs performants à faible coût.
Les batteries au potassium (K-ion batteries, KIB) sont apparies récemment comme une alternative prometteuse à coût raisonnable, démontrant des performances intéressantes par rapport à de systèmes équivalentes au Li et au Na à cause du faible potentiel standard du couple K+/K dans des électrolytes conventionnes et de la petite taille du ion potassium solvaté. Comme pour les batteries au Li mais à différence des batteries au Na, le ion potassium peut s'intercaler entre les feuillets du graphite en donnant le composé KC8, correspondant à une capacité de 273 mAh/g, et d'autres types de carbone ont aussi démontrés une activité dans le stockage des ions potassium.
Des tests préliminaires effectués sur le graphite dans nos laboratoires ont montré des performances très prometteuses, mais qui ont été dépassées par celles de fibres de carbone électrofilées. Une compréhension approfondie des mécanismes sous-jacentes à ces performances est donc nécessaire pour pouvoir les améliorer davantage.
Les objectifs principaux de cette thèse sont donc:
1) La compréhension approfondie des mécanismes de réactions de différents types de carbone pour le stockage de potassium dans des KIB.
2) Arriver à améliorer ultérieurement les performances en étudiant les propriétés des électrolytes et en améliorant la formulation pour stabiliser la nature des interfaces entre électrode et électrolyte.
Ce deuxième point est encore plus critique dans le cas du potassium à cause de sa plus grande réactivité par rapport aux systèmes à base de lithium.
Le caractère très exploratoire de ce projet donnera au candidat la possibilité de partir de la compréhension des mécanismes de plusieurs types de carbones par l'utilisation directe de plusieurs techniques analytiques à l'optimisation de leur performances en termes de capacité et tenue en cyclage dans des systèmes réalistes à l'échelle pilote.

Contexte de travail

La thèse se déroulera principalement à l'ICGM, à l'Université de Montpellier, dans le groupe des Batteries dirigé par le Dr L. Monconduit et Pr. L. Stievano et, en partie, en Suède, à la Chalmers Univeristy de Göteborg (groupe de Prof. P. Johansson).
Les deux groupes sont complémentaires: si les deux équipes ont une bonne expertise des matériaux de batterie, l'équipe de Montpellier a également développé de nombreuses approches spectroscopie pour le suivi de l'étude du mécanisme des matériaux d'électrodes ainsi que des interfaces électrolyte / électrode lors du cyclage de la batterie et l'équipe de Göteborg possède une solide expérience dans les études des électrolytes ainsi que des mécanismes électrochimiques utilisant la spectroscopie Raman.

Contraintes et risques

Thèse financée par la réseau Européen ALISTORE-ERI, entre les Universités de Montpellier Chalmers (Göteborg, Suède). Le candidat sera inscrit administrativement à l'Université de Montpellier.

Informations complémentaires

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