Électrolytes polymères auto-cicatrisants pour des microbatteries tout-solides plus sûres et durables (H

Sujet de thèse :
Un défi scientifique, technologique et sociétal contemporain crucial pour adresser l'objectif de développement durable n°7 des Nations Unies consiste à remplacer les batteries lithium-ion (où l'électrolyte est un liquide ou un gel) par des batteries tout-solides à hautes performances plus sûres et durables. Au-delà des lignes de forces que constituent le stockage électrochimique de l’énergie et les mobilités électriques, le développement de microbatteries (µBs) plus sûres et plus performantes est également attendu pour répondre à la demande croissante d'électronique embarquée miniaturisée, par exemple pour alimenter les dispositifs de l’Internet des Objets (IoT) possédant une autonomie énergétique accrue. Les électrolytes inorganiques sont actuellement envisagés comme la prochaine génération d'électrolytes de choix pour les microbatteries tout-solides (SSµBs). Ils présentent cependant des inconvénients majeurs au-delà de leurs avantages intrinsèques. En particulier, il est impossible de garantir l'intégrité et la fonctionnalité de leurs interfaces (électrolyte/électrodes) clés lorsque la batterie subit des contraintes internes (dues aux processus de lithiation/délithiation) pendant son cyclage, ce qui entraîne des fluctuations de performances imprévisibles et/ou erratiques pouvant aller jusqu'à un dysfonctionnement intempestif de la batterie et, en fin de compte, leur défaillance.
Pour répondre à cette problématique, nous proposons dans ce projet de thèse internationale (projet SHAPE conjointement développé par l’UMR5279-LEPMI et l’IRL3463-LN2) de combiner une nouvelle génération d'électrolytes polymères autocicatrisants (conçus, synthétisés et caractérisés au LEPMI) à des microbatteries tout-solides embarquées sur puce (SSµB assemblées, caractérisées et cyclées au LN2) reposant sur une électrode négative en silicium (Si) porosifié. Notre objectif est de (i) repousser les limites de la connaissance en matière de stockage électrochimique de l’énergie sur puce (TRL1-3) et (ii) réaliser des preuves de concept (PoCs) (TRL3-4). Grace à la soumission de propositions de temps de faisceaux dans très grandes infrastructures de recherche (par exemple Soleil et ESRF), les équipes de l’UMR5279-LEPMI et de l’IRL3463-LN2 uniront leurs forces pour réaliser des caractérisations (in situ et operando) par diffusion et imagerie des rayons X couplées à des techniques électrochimiques de films minces (SHPE) infiltrés dans des électrodes négatives en Si poreux et des SSµBs pour accéder aux preuves de concepts recherchées respectivement aux niveaux des matériaux de batteries et des dispositifs de stockage de l’énergie embarquées sur puces.
En tant que solution "chimiquement neutre" (c'est-à-dire une solution 2.0 s'appliquant aux batteries à base de cations mono/multi-valents) et innovante pour les microbatteries embarquées sur puces destinées à alimenter les dispositifs de micro/nanoélectroniques, les
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