Chercheur junior : Etude XPS operando de batteries Li-ion: interfaces électrode/électrolyte en conditio

Missions :
Les accumulateurs lithium-ion ont permis le développement de l'électronique portable et du véhicule électrique, en raison de leurs fortes densités d'énergie massiques et volumiques. Le formidable succès de ces systèmes et le développement de nouvelles technologies de batteries (« tout solide » par exemple) et les nouvelles applications à grande échelle requièrent des améliorations constantes. Le bon fonctionnement d’une batterie Li-ion classique repose sur la formation d’une SEI (Solid Electrolyte Interphase) à la surface de l’électrode négative de graphite pour obtenir à la fois de bonnes performances, une longue durée de vie et une garantie de sécurité. De manière générale, il est indispensable de stabiliser l’interface électrode/électrolyte aux deux électrodes, positive et négative, ce qui peut être obtenu en utilisant un électrolyte dont la fenêtre de stabilité électrochimique couvre les potentiels de travail des deux électrodes. Malheureusement, en pratique cela n’est jamais réalisé en raison de la très grande différence de potentiel entre les deux électrodes, et donc dans le cas idéal l’interface est stabilisée par la formation d’une couche de passivation constituée par les produits de dégradation de l’électrolyte (comme dans la SEI du graphite, par exemple). Sinon, des revêtements (coatings) peuvent être déposés à la surface des électrodes (ou de l’électrolyte dans le cas d’une batterie « tout solide ») pour stabiliser cette interface, si la formation spontanée d’une couche passivante ne peut pas être obtenue. Il est donc nécessaire de comprendre complètement cette réactivité aux interfaces entre les matériaux, et de caractériser les espèces chimiques dans les interphases formées pour comprendre finement les processus électrochimiques qui gouvernent les performances des batteries du futur. Ces efforts sont intimement liés à l’utilisation de techniques de caractérisation avancées, avec des approches operando permettant le suivi du comportement des batteries en conditions réelles d’utilisation. C’est l’objectif du projet OPENSTORM dans lequel s’inscrit ce postdoc, qui fait partie du Programme PEPR Batteries de France 2030.
Les cellules de caractérisation operando dédiées à l’étude des batteries par des méthodes de diffraction et spectroscopies de bulk furent développées pour la première fois il y a plus de 15 ans, ce qui a permis l’étude de batteries de faible épaisseur. Au contraire, le développement de cellules operando pour la spectroscopie de photoémission (XPS) est un tout autre challenge à cause de la difficulté de concevoir une cellule s’approchant des conditions de fonctionnement réelles d’une batterie avec une spectroscopie sensible à la surface. Néanmoins, l’XPS reste l’une des meilleures techniques pour l’étude des interfaces électrode/électrolyte dans les batteries grâce à l’identification des espèces chimiques. Il faut donc poursuivre les efforts dans le design de c
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