Description du sujet de thèse

Développer des microbatteries biocompatibles et bio-résorbables, sans éléments chimiques toxiques, est nécessaire dans l’optique d’alimenter des dispositifs bioélectroniques implantables dédiés à la santé. Le projet SIMBA, financé dans le cadre du PEPR batteries vise à concevoir des microbatteries sodium-ion tout-solide répondant à ces impératifs. Comme dans tous les systèmes de batteries tout-solide, la compréhension des processus électrochimiques et des phénomènes aux interfaces est cruciale pour l’amélioration des performances. Dans ce cadre, les objectifs de cette thèse seront
i- De déterminer la composition chimique de surface et les propriétés morphologiques des électrodes (anode, cathode) et de l’électrolyte dans des microbatteries Sodium-ion biorésorbables,
ii- D’identifier les phénomènes se produisant aux interfaces électrode-électrolyte dans ces systèmes lors du montage et du cyclage de l’accumulateur et
iii- D’étudier les interfaces entre les matériaux actifs et les collecteurs de courant biocompatibles. Pour réaliser ces travaux, l’étudiant(e) aura à sa disposition les équipements d’analyse de surface disponibles à l’IPREM (plateforme XRISE) : Spectroscopie de photoelectrons X, Microsonde Auger, Spectrométrie TOFSIMS accompagnées de méthodes de préparation permettant l’analyse des interfaces enfouies (profil en décapage ionique, sections transverses par décapage ionique, découpe par faisceau d’ion focalisé). Le comportement électrochimique des microbatteries biorésorbables, sera étudié par cyclage galvanostatique et spectroscopie d’impédance.

Contexte de travail

Le savoir-faire de l’IPREM (Institut des sciences analytiques et de physico-chimie de l'environnement et des matériaux) réside dans son expertise dans le domaine des surfaces des matériaux et des interfaces électrode/électrolyte dans les batteries Li-ion, les microbatteries, et les batteries post-Li-ion : Li-Soufre, Na-ion, K-ion, batteries organiques, tout-solide. Il est membre des réseaux de recherche français (RS2E) et européen (Alistore) de recherche sur le stockage électrochimique de l’énergie pour cette expertise. En collaboration avec les autres partenaires du projet : le Centre de Microélectronique de Provence de l’Ecole des Mines de St -Etienne et l’Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, cette étude comprendra plusieurs volets :
- Caractériser par analyse de surface des matériaux mis en jeu dans les électrodes et l’électrolyte des batteries Sodium-ion biorésorbables.
- Caractériser des propriétés chimiques et structurales des électrodes composites et de l’électrolyte solide (polymère(s) + sel).
- Atteindre les interfaces enfouies par le biais de techniques de préparation d’échantillon originales et identifier les phénomènes se produisant au niveau des interfaces lors du montage des batteries Sodium-ion biorésorbables.
- Mettre en évidence les processus électrochimiques dans les batteries Sodium-ion biorésorbables, au niveau des matériaux et des interfaces. Ces mesures seront réalisées par des analyses post-mortem et par des approches in situ/operando
- Identifier les mécanismes de dégradation des microbatteries Sodium-ion bio-résorbables et de leur encapsulation dans des matrices biologiques
Pour réaliser ces travaux, l’étudiant(e) aura accès aux équipements hébergés à l’IPREM au sein du plateau XRISE dédié à l’analyse de surface : Spectroscopie Photoélectrique à Rayonnement X (XPS), Nanosonde Auger (SAM), spectrométrie de masse TOFSIMS. Ces techniques d’analyse de surface sont accompagnées de techniques de préparation d’échantillons pour atteindre les interfaces enfouies (décapage par ion Ar+ ou cluster Arn+ (n supérieur à 100), sections transverses par bombardement ionique, faisceau d’ion focalisé…) et des bancs de cyclage.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Travail en atmosphère contrôlée (boîte à gants, ultravide, valises de transfert)

Informations complémentaires

Compétences requises :
o Une excellente formation académique dans les Universités et/ou les Écoles d'Ingénieurs, niveau master.
o Connaissances en chimie et/ou physico-chimie des matériaux et en techniques analytiques. Des connaissances en électrochimie seront très appréciées.
o Autonomie, dynamisme, créativité, bonnes capacités de communication