Doctorant (H/F) en Sciences de Matériaux - Batteries Li-ion - Electrochimie - Chimie du Solide

Description du Poste

Sujet De Thèse

Titre :
Nouvelles stratégies autour des oxydes d’insertion pour électrode négative pour batteries Li-ion de puissance

Contexte et objectifs :
Le développement rapide de la mobilité électrique et du stockage stationnaire impose des batteries lithium-ion capables de supporter des régimes de charge/décharge très élevés, tout en conservant une excellente durée de vie et un haut niveau de sécurité. Les électrodes à base de graphite, bien que dominantes industriellement, présentent des limitations cinétiques et des risques associés à la réduction du lithium lors de charges rapides. Les oxydes de niobium de structure Wadsley–Roth (WRO) constituent des candidats prometteurs présentant une charpente cristallographique ouverte permettant la diffusion rapide du lithium. Ces composés ont cependant deux inconvénients. Tout d’abord, la répétition prolongée des processus électrochimiques peut induire une fatigue structurale (distorsions locales, accumulation de contraintes mécaniques) altérant progressivement la rétention de capacité. Ensuite leur instabilité en-dessous de 1 V limite de fait la capacité de stockage, théoriquement très élevée. Cette thèse vise à dépasser les approches classiques d’optimisation de composition chimique des WRO en explorant de nouvelles stratégies électrode pour améliorer simultanément stabilité mécanique, densité énergétique et performances en charge rapide.
Deux axes originaux et complémentaires seront étudiés :
- Électrodes composites : l’hypothèse centrale est la combinaison de deux matériaux pouvant être actifs électrochimiqument de manière alternée peut permettre une “fenêtre de relaxation mécanique” pour le WRO, en réduisant temporairement son insertion de lithium et donc les contraintes accumulées. Plusieurs oxydes d’insertion seront ainsi considérés, et il sera important d’optimiser la formulation d’électrode (proportions du mélange, morphologie des matériaux) pour maximiser l’effet synergétique en termes de performances électrochimiques.
- Électrodes épaisses : l’objectif est de produire des électrodes autoportées fortement densifiées par « Spark Plasma Sintering » (SPS) afin d’augmenter la densité énergétique volumique, tout en évaluant l’impact de l’architecture (épaisseur, densité, gradients) sur le transport ionique, la polarisation et la tenue mécanique.

Méthodologie et environnement de travail :
Le projet reposera sur une collaboration étroite entre les laboratoires ICGM et LRCS, le tout dans le cadre du Réseau sur le Stockage Electrochimique l’Energie. Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) auprès de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard, rattachée à l’Université Montpellier. Une grande partie du travail sera effectué à l’ICGM, et des séjours réguliers et pouvant être importants seront organisés au LRCS, selon l’orientation que prendre le projet de recherche. La synthèse des matériaux, les formulations d’électrodes composites s’effectueront principalement à l’ICGM. Le développement des protocoles SPS pour électrodes épaisses se fera au LRCS. L’évaluation électrochimique pourra être réalisée dans les deux laboratoires, avec tests de puissance, cyclage long terme et protocoles de charge rapide. Un accent majeur sera mis sur la diffraction des rayons X operando. Des expériences synchrotron pourront être réalisées, notamment à ALBA (Espagne).

Profil recherché :
Le/la candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou diplôme équivalent en sciences des matériaux inorganiques, chimie du solide, électrochimie appliquée aux batteries.

Compétences attendues :
Intérêt marqué pour les matériaux pour batteries et la caractérisation structurale, autonomie expérimentale et rigueur scientifique, capacité à travailler dans un environnement collaboratif, adaptabilité au regard du projet sur deux sites géographiquement éloignés.

Compétences appréciées :
Electrochimie (assemblage de cellules, évaluation électrochimique, spectroscopie d’impédance électrochimique, etc.), synthèse à l’état solide, diffraction RX / analyse structurale, traitement de données (Python, Matlab, etc.).

Votre Environnement de Travail

Le projet reposera sur une collaboration étroite entre les laboratoires ICGM et LRCS, le tout dans le cadre du Réseau sur le Stockage Electrochimique l’Energie. Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) auprès de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard, rattachée à l’Université Montpellier. Une grande partie du travail sera effectué à l’ICGM, et des séjours réguliers et pouvant être importants seront organisés au LRCS, selon l’orientation que prendre le projet de recherche. La synthèse des matériaux, les formulations d’électrodes composites s’effectueront principalement à l’ICGM. Le développement des protocoles SPS pour électrodes épaisses se fera au LRCS. L’évaluation électrochimique pourra être réalisée dans les deux laboratoires, avec tests de puissance, cyclage long terme et protocoles de charge rapide. Un accent majeur sera mis sur la diffraction des rayons X operando. Des expériences synchrotron pourront être réalisées, notamment à ALBA (Espagne).

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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