Doctorant (H/F) Science des Matériaux, Chimie des Solutions, Batteries tout solide Li-ion - Electrolyte

Sujet de thèse :
Sujet de thèse
Titre : Synthèse en milieu aqueux de nouveaux oxythiobimétallates de lithium Li8-(n+m)M1n+1-yM2m+yS4-xOx (M1, M2 = P, Sb, Mo, W) - Vers des conducteurs ioniques à base de soufre, stables dans des conditions humides

Contexte et objectifs
Face à l’augmentation de la demande énergétique mondiale, à l’électrification croissante des transports et aux impératifs de transition bas-carbone, il devient essentiel d’optimiser l’utilisation des énergies renouvelables et de concevoir des systèmes de stockage d'énergie fiables et durables
Actuellement, en matière de stockage d'énergie, la technologie des batteries lithium-ion couvre la plupart des besoins du marché (véhicules, téléphones portables, ordinateurs portables, etc.). Cependant, ces systèmes de stockage nécessitent des améliorations, notamment en termes de sécurité et de densité énergétique. Ces aspects peuvent être améliorés en remplaçant l'électrolyte liquide par un composant solide (1), ce qui fait des « batteries tout solide » la technologie de stockage d'énergie électrochimique de nouvelle génération. Cependant, leur développement reste dépendant de la conception de conducteurs ioniques solides ayant des conductivités ioniques d'environ 10-3 S/cm, proches de celles des électrolytes liquides (10-2 S/cm) (1).
Plusieurs familles d'électrolytes solides sont à l'étude en raison de la difficulté à satisfaire simultanément les critères de performance requis (densité énergétique, puissance, sécurité, stabilité de l'interface, durée de vie, coût, impact environnemental, etc.) (2). Les électrolytes solides à base de soufre sont particulièrement intéressants en raison de leur conductivité ionique supérieure (10-3 S/cm) et de leurs propriétés mécaniques répondant à un assemblage à froid des différents composants qui constituent le dispositif de stockage (3). Cependant, ils présentent une faible stabilité chimique vis-à-vis de l'humidité (formation possible de gaz toxique (H2S)), et une forte réactivité avec le lithium métallique. Une substitution partielle du soufre (S) par de l'oxygène (O) permet de remédier à ces problèmes comme il a pu être démontré avec les électrolytes solides thiophosphates Li3PS4 et Na3PS4 (5, 6).
Le sujet de la thèse consistera à étudier et à synthétiser des électrolytes solides à base de lithium, tels que les thiométallates Li8-nMn+S4 (M = Sb, W, Mo) et les oxithiométallates Li8-(n+m)M1n+M2m+S4-xOx (M1,M2 = P, Sb, W, Mo) afin de relever le défi que représente le développement de nouvelles phases conductrices d'ions lithium qui pourraient constituer des électrolytes solides prometteurs pour les batteries tout solide. L'objectif principal sera de préparer ces phases par chimie des solutions, une voie de synthèse qui permet de concevoir des compositions chimiques spécifiques et de contrôler, ajuster la microstructure des matériaux. Cette méthode permet également la production en masse des matériaux.
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