Offre de thèse : H/F Compréhension de l'extension de la fenêtre de potentiel du MnO₂ en milieu liquide

Sujet de thèse :
Les micro-supercondensateurs constituent une solution prometteuse pour le stockage d’énergie en électronique embarquée grâce à leur forte puissance et leur longue durée de vie [1]. Le dioxyde de manganèse (MnO₂) est un matériau pseudocapacitif attractif en raison de sa faible toxicité, de son abondance et de son faible coût. Cependant, son potentiel d’utilisation est limité par une fenêtre de potentiel réduite dans les électrolytes aqueux.
Des expériences récentes ont montré que l’utilisation d’un électrolyte liquide ionique aprotique à base de sel de sodium, tel que le sodium bis(fluorosulfonyl)imide (NaFSI) à 1 M dissous dans le liquide ionique 1-méthyl-1-propylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide (Pyr₁₃FSI), permet d’étendre significativement la fenêtre de potentiel du MnO₂, bien au-delà des limites généralement admises en solution aqueuse [2]. Ce phénomène ouvre la voie à une augmentation de la densité d’énergie et à une meilleure efficacité des micro-supercondensateurs.
Toutefois, les mécanismes électrochimiques sous-jacents à cette extension restent encore mal compris. Cette thèse vise donc à explorer et modéliser les interactions entre le MnO₂ et les liquides ioniques, en combinant des approches théoriques et expérimentales.

Objectif du projet de thèse : Ce projet propose une approche théorique et expérimentale pour comprendre et maîtriser les mécanismes de stockage de charge dans le MnO₂ en milieu liquide ionique.

1) Modélisation moléculaire
• Étude des interactions entre MnO₂ et les liquides ioniques par Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) et dynamique moléculaire réactive (ReaxFF).
• Analyse de l’évolution des états d’oxydation du Mn en fonction du potentiel appliqué.
• Identification des mécanismes limitant la stabilité et la cyclabilité du matériau.

2) Mesures électrochimiques
• Investigation de la contribution relative des mécanismes de double couche électrochimique (EDLC) et de pseudocapacitance dans le stockage de charge du MnO₂ en milieu liquide ionique.
• Caractérisation in-situ des états d’oxydation du manganèse au-delà de 2 V afin d’analyser l’évolution des mécanismes de stockage de charge.

Des campagnes de 6 mois en simulation et validation expérimentale seront alternées tout au long de la thèse afin d’optimiser les conditions expérimentales et de valider les modèles développés.

Candidat.e : Nous recherchons un.e candidat.e ayant un profil orienté simulation numérique, avec un intérêt pour l’apprentissage de l’électrochimie expérimentale.
Compétences souhaitées :
• Obligatoire : Formation en physique, chimie théorique, sciences des matériaux ou domaines connexes. Expérience en modélisation atomistique (DFT, dynamique moléculaire).
• Souhaitable : Connaissances en électrochimie et/ou en synthèse de matériaux.
• Goût pour l’expérimentation et le travail interdisciplinaire.

Une formation spécifique en électrochimie sera assurée durant la thè
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