Description du sujet de thèse

Dans le cadre d'un projet bilatéral européen dédié à la construction de batteries sodium-ion « tout-solide », ce projet doctoral vise à concevoir des nouveaux électrolytes composites à base de COF sur la base de résultats obtenus pour la mobilité des ions lithium. Plus précisément, le sujet se focalise sur la conception (synthèse et caractérisation) et la modification (post-fonctionnalisation) de composés organiques poreux de type COF (Covalent Organic Framework). Ces matériaux serviront de base pour la fabrication d’électrolytes composites en vue d’être intégrés au sein d’une batterie sodium-ion sans solvant.

Le développement des futures générations de batteries, qui seront plus sûres et efficaces, implique le remplacement de l'électrolyte liquide par une matrice solide, sans solvant. Cet objectif fait l'objet d'un effort mondial pour trouver de nouveaux matériaux capables de répondre à toutes les exigences de performance, de stabilité et de coût. À ce jour, il n'existe pas de matériau miracle capable d'y parvenir. D'une part, il existe les matériaux céramiques qui offrent une conductivité élevée et une stabilité électrochimique satisfaisante, mais pour lesquels la flexibilité, la mise en forme, l'utilisation d'éléments critiques et la difficulté de recyclage sont les principales contraintes et ralentissent leur intégration dans des systèmes complets performants. A l'inverse, les composés organiques, notamment les polymères, présentent de bonnes propriétés mécaniques, sont flexibles, mais sont en retrait en termes de performances (sans solvant) et de stabilité électrochimique.

Parmi les différents systèmes chimiques possibles, les « Covalent Organic Frameworks » (COFs) attirent particulièrement l'attention en raison de leurs propriétés texturales exceptionnelles (surface spécifique très élevée, très faible densité, porosité élevée, etc). Au cours des dernières années, deux approches ont été proposées pour les utiliser comme électrolytes dans les batteries lithium-ion. La première consiste à imprégner un sel de lithium dans la structure poreuse, tandis que la seconde est basée sur l'incorporation directe ou le greffage d'une charge permanente (COF ionique) ou d'un fragment chélateur d’ions.

A ce jour, la majorité des études se sont focalisées sur la mobilité des ions lithium. Très peu d’études ont explorées la mobilité des ions sodium mais celles-ci montrent que ce type de matériaux a un très fort potentiel pour la suppression des dendrites, la forte mobilité des ions sodium, un haut nombre de transport et une bonne stabilité vis-à-vis du sodium métal.

Contexte de travail

Pour ce projet, nous recherchons un(e) scientifique motivé(e), dynamique et souhaitant réaliser son doctorant dans un environnement international. Pour ce faire, vous devez être en possession d’un diplôme de master, idéalement en chimie des matériaux et disposer de solides connaissances en chimie des matériaux organiques (polymères et/ou moléculaires), en synthèse et caractérisation des matériaux poreux et idéalement en électrochimie appliquée aux batteries (conductivité ionique, voltampérométrie cyclique, …). Une expérience préalable en synthèse et caractérisation de matériaux poreux est fortement recommandée. Des compétences en électrochimie et/ou seraient appréciées. La maîtrise de l'anglais, tant sur le plan rédactionnel qu'à l'oral, est indispensable. Des aptitudes à la rédaction de compte-rendu et d’articles scientifiques ainsi qu’à la communication (échanges avec les encadrants, présentation orale lors de réunions/congrès, …) sont vivement recommandées.


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.