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Doctorant(e) sur la caractérisation operando des processus chimico-mécanique des batteries tout solide à base de soufre H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 10 décembre 2021

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Informations générales

Référence : UMR5279-CLAVIL-002
Lieu de travail : ST MARTIN D HERES
Date de publication : vendredi 19 novembre 2021
Nom du responsable scientifique : Claire Villevieille
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 mars 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Depuis la commercialisation de la première batterie Li-ion au début des années 90, des progrès drastiques ont été réalisés dans l'amélioration de la densité énergétique et de la puissance des batteries. Malheureusement, et malgré tous les efforts déployés pour améliorer les batteries Li-ion , cette technologie commence à atteindre ses limites en raison de plusieurs facteurs comme i) les inquiétudes récentes concernant la disponibilité du Li, ii) les problèmes de sécurité et enfin, iii) la difficulté de remplacer l'électrode négative hôte Li par Li métal. Une alternative pour fabriquer des batteries plus sûres et à haute énergie consiste à remplacer l'électrolyte liquide par un électrolyte solide et à remplacer le matériau hôte Li par du métal Li. Plusieurs familles d'électrolytes solides sont rapportées dans la littérature, parmi lesquelles les oxydes, les thiophosphates, les polymères, les sulfures et bien d'autres. Sur la base de leur facilité de synthèse/fabrication, nous étudions les électrolytes solides à base de sulfure et proposons de les caractériser en profondeur dans une approche multi-échelle operando en utilisant des expériences au laboratoire mais aussi aux grands instruments. À ce jour, aucune solution commercialement viable n'a été réalisée en raison des multiples inconvénients subis par ces matériaux, principalement liés à la dégradation chimico-mécanique et aux problèmes d'interface. En effet, dans les batteries à l'état solide, la fenêtre de potentiel très étroite (inférieure à 1 V) couplée à de multiples interfaces, génère de nombreuses dégradations chimiques locales. La dégradation mécanique peut provenir i) du processus de frittage et ii) de la « respiration » des matériaux d'électrode pendant le cyclage. Enfin, l'instabilité intrinsèque entre les matériaux cathodiques (constitués d'oxydes lithiés) et l'électrolyte solide à base de sulfures conduit à une décomposition chimique accrue générant des produits isolants et des problèmes mécaniques. La combinaison de ces dégradations chimico-mécaniques fait des batteries à base d'électrolytes solides sulfurés un défi d'ingénierie pour améliorer et stabiliser les performances électrochimiques en vue d'une future commercialisation.

Contexte de travail

Dans un projet ANR commun entre le LEPMI (CNRS), le CEA-IRIG et l'ILL à Grenoble, nous recherchons un(e) doctorant(e) pour travailler sur la caractérisation de batteries tout solide à l'aide d'électrolyte solide thiosulfates et pour améliorer les performances électrochimiques du système étudié. Comprendre la réactivité de l'électrolyte solide (à base de sulfure) et les propriétés de transport Li-ion dans la cellule électrochimique au moyen de techniques de caractérisation avancées à l'échelle du laboratoire et aux grands instruments aidera à concevoir de meilleures batteries à l'état solide. Plusieurs techniques telles que la spectroscopie d'impédance couplée à la mesure dilatométrique et à l'émission acoustique sont prévues pour améliorer la connaissance des phénomènes de volume/interfacial, tandis que la diffraction de neutrons operando devrait aider à aborder la stabilité structurale. Le candidat doit être titulaire d'une maîtrise ou d'un diplôme d'ingénieur en science des matériaux, chimie, physique ou dans un domaine connexe. Des connaissances en électrochimie et batteries sont requises et des connaissances sur les batteries seraient un atout. Nous vous proposons un contrat de 3 ans obtenu dans le cadre d'un projet ANR « OpInSolid ». Le doctorant travaillera en étroite collaboration avec un post-doctorant également embauché pour ce projet.

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