Thèse de Doctorat: "Nouvel électrolyte ionogel pour un dispositif de stockage d'énergie et de puissance

Sujet de thèse :
Dans le contexte de la gestion d'énergie renouvelable et stockable, l'objectif de cette thèse est d'étudier un nouveau type de microdispositif hybride supercondensateur-batterie entièrement solide qui peut être utilisé dans des applications avec un environnement difficile (vide, température, ...) et des applications à distance. Le cœur du travail serait la synthèse, la caractérisation complète et la mise en œuvre d'un électrolyte ionogel solide, à base de polymère, avec conduction Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Zn2+ ou Al3+. Le réseau polymère hôte de cet électrolyte confinant un liquide ionique sera ajusté de manière à obtenir le meilleur équilibre entre le transport des ions et les propriétés mécaniques. Le travail comprendra la conception, la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux polymères poreux pour en permettre l'optimisation. Les dispositifs seront assemblés avec des matériaux d'électrodes connus ou de nouveaux matériaux d'électrodes issus d'autres thèses simultanées développées dans le cadre du projet HYPOBAT, intégré au PEPR-Batteries, FRANCE2030 (ANR-23-PEBA-008).
Contexte :
Le défi posé par la réduction de l'utilisation des combustibles fossiles conduit à un autre défi, celui du stockage électrochimique de l'énergie à haute capacité et à haute puissance. Cela va de pair avec la recherche d'éléments dont l'abondance naturelle n'est pas trop limitée, réduisant ainsi les contraintes géopolitiques. Parallèlement, des efforts considérables ont été déployés pour rendre les batteries au lithium et les supercondensateurs plus sûrs en utilisant des électrolytes à base de liquides ioniques. Cependant, des chimies alternatives sont nécessaires, avec des ions métalliques abondants sur Terre tels que Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Zn2+ et Al3+. Parmi eux, les ions multivalents ouvrent la voie à des dispositifs de stockage dotés d'une densité énergétique et d'une puissance accrues.
Dans le cadre du vaste et ambitieux projet franco-allemand HIPOBAT, notre ambition est de proposer de nouveaux matériaux pour des technologies de rupture, dans le contexte de l'amélioration de la densité d'énergie et de puissance des dispositifs de stockage. Une collaboration franco-allemande sera mise en place entre Nantes Université (France) et le Jülich Forschungszentruma (Allemagne).

Principaux objectifs de la thèse :
- Préparer des ionogels avec un réseau hôte polymère ;
- Étudier les performances électrochimiques des SCap (spectroscopie d'impédance, évaluation des performances à l'aide d'expériences électrochimiques) ;
- Optimiser l'interface entre le polymère hôte et le liquide ionique confiné, et approfondir la compréhension et donc rationaliser l'effet du confinement sur les propriétés électrochimiques (études des interfaces au moyen des spectroscopies Raman et IR) ;
- Globalement, assembler un dispositif prototype d'intérêt pour le stockage d'énergie de forte puissance, avec une sécurité a
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