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H/F Offre de thèse pour l'étude de liquides ioniques protiques pour micro-supercondensateurs RuO2

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Français - Anglais

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Informations générales

Référence : UPR8001-SARPEC-001
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : samedi 2 février 2019
Nom du responsable scientifique : David Pech
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 mai 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 1 768,55 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Avec le développement des systèmes électroniques embarqués se pose la question de la miniaturisation des dispositifs de stockage d'énergie électrique. De nos jours, cette fonction est principalement assurée par des micro-batteries. Ces composants possèdent cependant une faible puissance disponible, une durée de vie limitée et un domaine de fonctionnement en température restreint. Les “microsupercondensateurs” sur puce permettraient de s'affranchir de ces limitations, mais ils ne sont aujourd'hui qu'au stade de la recherche universitaire avec des densités d'énergie bien inférieures à celles des micro-batteries.
L'énergie et la puissance stockées dans un supercondensateur sont proportionnelles au carré de la fenêtre de potentiel, qui dépend elle-même de la stabilité électrochimique de l'électrolyte utilisé. L'électrolyte joue ainsi un rôle prépondérant sur les propriétés des supercondensateurs (tension, gamme de température, courant de fuite, durée de vie…).
Les liquides ioniques (ILs) sont des liquides constitués uniquement de cations et d'anions. Ils sont généralement liquides en dessous de 100°C et possèdent une pression de vapeur saturante très faible. Les liquides ioniques protiques (PILs), formés à partir d'un mélange d'un acide et d'une base de Bronsted, possèdent un proton labile augmentant la conductivité des PILs comparativement aux ILs aprotiques trop visqueux et peu conducteurs. De plus, les liquides ioniques protiques possèdent une plus grande stabilité électrochimique et thermique que le milieu aqueux.
Le travail de thèse consistera à synthétiser et étudier différents PILs anhydres. Il s'agira de comprendre notamment comment la différence de pKa entre la base et l'acide ainsi que la structure chimique du PIL influence ses propriétés et sa réaction (transfert du proton) avec le RuO2. Des caractérisations physico-chimiques seront réalisées dans le but d'étudier leur comportement électrochimique, plage de potentiel, propriétés thermiques et durée de vie (réduction des protons labiles en H2 ?) avec différents matériaux d'électrodes (RuO2, RuO2 hydraté, C) et comparés avec un liquide ionique aprotique classique.
Une série de PILs sera par la suite intégrée dans des micro-supercondensateurs RuO2 réalisés au LAAS. Les performances de ces composants (gamme de température, courant de fuite et tension) seront testées. Les électrolytes liquides constituent cependant un verrou technologique à la réalisation de microsupercondensateurs fonctionnels compatible avec les procédés de microfabrication. Il s'agira donc au final de réaliser, à partir de ces PILs, des ionogels protiques composés d'une matrice solide dans laquelle sera confiné le PIL

Contexte de travail

Le LAAS-CNRS (Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes localisé à Toulouse) est impliqué depuis une dizaine d'années dans la réalisation micro-échelle de supercondensateurs à base d'oxyde de ruthénium hydraté RuO2, un matériau pseudo-capacitif présentant des capacités spécifiques extrêmement élevées en milieu aqueux. Par ailleurs, des travaux effectués à l'UdeM (Université de Montréal) ont montré par le passé qu'il était possible d'utiliser des liquides ioniques protiques comme électrolyte de supercondensateurs à base d'oxyde de ruthénium.

Contraintes et risques

Pas de contraintes particulières

Informations complémentaires

Dans le cadre de l'ERC 3D-CAP

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