Vers un suivi par fibre optique operando des processus électrochimiques (H/F)

Sujet de thèse :
L’objectif de cette thèse est d’utiliser des techniques de caractérisations par optique pour étudier les processus chimiques et électrochimiques au sein de systèmes de stockage de l’énergie, en particulier les batteries. En particulier, la spectroscopie infrarouge déportée par fibre optique sera employée pour surveiller non seulement la réduction de l’électrolyte, mais aussi la formation de produits parasites, qu’ils soient solubles ou solides. Une telle approche permettra d’acquérir une compréhension plus holistique des mécanismes en jeu dans ces systèmes. Les données spectroscopiques obtenues seront ensuite corrélées avec les données de cyclage à long terme, dans le but d’élucider les facteurs influençant la longévité et les performances des batteries. Dans le cadre du projet SENSIGA, le travail sera mené en collaboration avec les chimistes théoriciens du Laboratoire PHENIX, qui complémenteront les résultats expérimentaux par des calculs théoriques. De plus, une expertise sur les fibres infrarouges sera fournie par l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), tandis que l'expertise en modélisation de la dégradation des batteries sera offerte par le CEA. À travers une approche synergique impliquant la génération de données expérimentales et la modélisation, le projet s'efforce de développer une technologie capable de faire le lien entre les phénomènes complexes chimiques et électrochimiques et les performances à long terme des systèmes de stockage.
Contexte :
À mesure que les demandes énergétiques mondiales et que l'utilisation des ressources non renouvelables s'intensifient, les ressources renouvelables et les véhicules électriques nécessitent des batteries plus avancées pour stabiliser ce nouveau paysage énergétique. Cependant, pour optimiser les performances des batteries et prolonger leur durée de vie, il est essentiel de comprendre et de surveiller les mécanismes fondamentaux qui régissent leur fonctionnement tout au long de leur cycle de vie. Depuis 2020, le Laboratoire de Chimie du Solide et d'Énergie du Collège de France est devenu l'un des leaders dans la caractérisation operando des batteries. En utilisant des capteurs optiques l’équipe a pu suivre les propriétés thermiques, mécaniques et chimiques des batteries en temps réel. Notamment, l'intégration de la spectroscopie infrarouge par onde évanescente déportée par fibre optique (IR-FEWS) dans des cellules Na-ion commerciales a permis le suivi en direct de la dynamique de la chimie des batteries dans des conditions réelles. Dans ce cadre, l'initiative PEPR Batterie, soutenue par le Collège de France, le CNRS et le CEA, a lancé le projet SENSIGA pour s'appuyer sur ces travaux préliminaires.