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Doctorant-Synthèses et caractériations de conducteur ioniques anti-perovskite pour batteries tout solide (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR7314-JEACHO-001
Lieu de travail : AMIENS
Date de publication : mercredi 9 septembre 2020
Nom du responsable scientifique : Raphaël JANOT
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 2 novembre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Dans le domaine des batteries, la technologie Lithium-ion est l'une des manières les plus efficaces de de stocker de l'énergie avec une haute densité. Les batteries Li-ion sont utilisées dans le monde entier notamment pour les appareils électroniques nomades et joue un rôle clé dans le développement des véhicules électriques. Néanmoins, la faible abondance du lithium ainsi que sa distribution inégale à la surface de la terre pourraient conduire dans les décennies à venir à un épuisement des ressources. Les batteries Na-ion retiennent beaucoup l'attention en tant qu'alternative possible dû à l(abondance quasi illimité du sodium. Les performances des batteries Na-ion ont considérablement augmentées ces dernières années, mais des problèmes de sécurité notamment liés à l'électrolyte liquide inflammable est un inconvénient majeur. C'est pourquoi, les batteries tout solide à base de sodium (Na-based All-Solid-State-Batteries: Na-ASSB) pourraient devenir la prochaine génération de stockage électrochimique de l'énergie.

Pour relever un tel défi, des électrolytes solides à haute conductivité ionique doivent être développés. Les activités scientifiques se concentrent principalement sur les conducteurs d'ions Li+ tels que Li7La3Zr2O12 et Li10GeP2S12 pour les batteries tout solide à base de Li (Li-ASSB) mais, plus récemment, plusieurs phases bien connues telles que Na3PS4, les phases NASICON ou la β-alumine ont un regain d'intérêt pour leurs applications possibles dans les Na-ASSB. Toutes ces phases présentent des conductivités ioniques honorables, pouvant atteindre 10-3 S.cm-1 à température ambiante pour certaines d'entre elles. Cependant, ils souffrent souvent d'une fenêtre de stabilité électrochimique étroite ou de difficultés à former des interfaces stables avec les matériaux d'électrode.

Récemment, une nouvelle classe d'électrolytes à l'état solide a été proposée pour les Li-ASSB: les Li-Rich Anti-Perovskites liés à l'archétype Li3OCl1,2. Leur conductivité ionique intrinsèque élevée, leur stabilité face au lithium métal3 couplée à une synthèse à basse température en font des matériaux d'un grand intérêt. Dans ce projet, nous proposons la synthèse, les caractérisations de conductivité structurale et ionique de nouveaux matériaux Li et Na Anti-Pérovskite en tant qu'électrolytes solides. L'un des grands intérêts des antiperovskites Li ou Na est leur versatilité chimique. Les phases anti-pérovskite de formule générale X3+B2-A- peuvent être facilement modifiées par substitution chimique. On s'attend à ce que ces substitutions chimiques augmentent leur conductivité ionique à température ambiante.

Différentes voies de synthèse seront explorées au cours de la thèse de doctorat telles que la synthèse à l'état solide (suivie d'une trempe ultérieure dans certains cas), la mécano-chimie, le Spark Plasma Sintering (SPS). Les matériaux seront caractérisés par diffraction des rayons X, spectroscopies infrarouges et Raman, MEB et TEM, analyse thermique (DSC-TGA), conductivité ionique par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), stabilité électrochimique par voltammétrie cyclique et cyclage galvanostatique, etc.

References
1. Zhao, Y. & Daemen, L. L., J. Am. Chem. Soc. 134, 15042–15047 (2012).
2. Schwering, G., Hönnerscheid, A., van Wüllen, L. & Jansen, M., ChemPhysChem 4, 343–348 (2003).
3. Emly, A., Kioupakis, E. & Van der Ven, A., Chem. Mater. 25, 4663–4670 (2013).

Contexte de travail

Ce travail de thèse est une collaboration entre le Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides (LRCS) à Amiens et l'entreprise UMICORE.
Le(a) candidat(e)sera basé(e) au LRCS, Amiens, Université de Picardie Jules Verne, France. Le LRCS est un laboratoire de recherche de renommée mondiale pour ses activités sur les batteries lithium-ion, les batteries de nouvelle génération, le stockage d'hydrogène et le photovoltaïque. Le LRCS est également un membre clé du réseau collaboratif français RS2E sur le stockage électrochimique de l'énergie (www.energy-rs2e.com), qui vise à améliorer les générations actuelles de batteries et à développer de nouveaux systèmes de stockage d'énergie.
Umicore est une entreprise belge, spécialisée dans le raffinage et le recyclage des métaux précieux et la fabrication de produits spécialisés à partir de différents métaux. Umicore consacre l'essentiel de ses efforts de R&D à la propreté des matériaux de mobilité et au recyclage.

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