Doctorant (H/F) en Sciences de Matériaux – Batteries Li-ion - Electrochimie - Chimie du Solide

Sujet de thèse :
Les batteries tout-solides doivent à termes remplacer les systèmes Li-ion actuels contenant des électrolytes liquides, afin d’apporter un gage de sécurité supplémentaire, mais aussi des performances de stockage accrues. L’un des challenges principaux est le développement d’électrolyte solide. Néanmoins, le développement des batteries tout-solides a stimulé la découverte de nouveaux électrolytes solides, possédant une conductivité Li+ élevée à température ambiante. Selon la nature de l'anion présent dans leur structure, les électrolytes solides sont généralement classés en oxydes, phosphates, sulfures, chlorures ou oxychlorures. Actuellement, les électrolytes solides à base de chlorure (Li3InCl6, Li3YCl6) ont été largement étudiés grâce à la stabilité électrochimique de l'anion Cl- à des potentiels élevés qui pourrait permettre de réaliser des batteries tout-solides fonctionnant à haute tension.
Généralement, l'électrode positive des batteries tout-solides est un composite contenant un matériau d'électrode, un électrolyte solide (catholyte) et un additif électronique. Selon les conditions de fabrication, le matériau de l'électrode positive représente souvent 45 à 70 % du composite d'électrode, le reste étant occupé par des matériaux non électro-actifs (le catholyte et l'additif électronique). Jusqu'à présent, on utilise généralement des catholytes « non redox-actifs » dans les composites pour avoir une bonne diffusion des ions Li+ dans le composite. Si le catholyte « non redox-actif » est remplacé par un catholyte « redox-actif », ce dernier peut participer à la fois à la diffusion des ions Li+ et aux réactions électrochimiques. Cette participation des catholytes aux réactions électrochimiques peut améliorer significativement la capacité surfacique et la densité énergétique d'électrode.
Ce projet vise à explorer de nouveaux matériaux adoptant la structure halospinelle. Leur composition chimique sera contrôlée par des réactions à l'état solide afin que les composés obtenus présentent à la fois une mobilité des ions Li+ et une activité électrochimique. La structure de ces composés sera étudiée par une combinaison de différentes techniques : diffraction des rayons X/neutrons, spectroscopie d'absorption des rayons X, spectroscopie Raman et spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide de 6/7Li. Enfin, la conductivité ionique/électronique ainsi que la performance électrochimique de ces compositions seront évaluées dans des cellules Li-ion à l'état solide.
Contexte :
Cette thèse se déroulera à l’ICGM à Montpellier, dans le groupe Batteries du département du Chimie des Matériaux, Nanostructures, Matériaux pour L’Energie (Département D4), en collaboration forte avec l’ICMCB (Bordeaux). La synthèse des matériaux, les caractérisations structurales, et les tests électrochimiques seront réalisés à l'ICGM. Plusieurs séjours à l'ICMCB sont prévus durant la thèse afin d’effec
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