Thèse de Doctorat: "Nouvel électrolyte ionogel pour un dispositif de stockage d'énergie et de p[...]

Thèse de Doctorat: "Nouvel électrolyte ionogel pour un dispositif de stockage d'énergie et de puissance accrues" (H/F)

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Date Limite Candidature : lundi 12 août 2024 23:59:00 heure de Paris

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Thèse de Doctorat: "Nouvel électrolyte ionogel pour un dispositif de stockage d'énergie et de puissance accrues" (H/F)
Référence : UMR6502-JEALEB-002
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : lundi 22 juillet 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 18 novembre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € brut mensuel
Section(s) CN : Chimie des matériaux, nanomatériaux et procédés

Description du 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 de travail

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 Forschungszentrum (Allemagne).

Principaux objectifs de la thèse

1. Préparer des ionogels avec un réseau hôte polymère ;
2. Étudier les performances électrochimiques des SCap (spectroscopie d'impédance, évaluation des performances à l'aide d'expériences électrochimiques) ;
3. 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) ;
4. Assembler un dispositif prototype d'intérêt pour le stockage d'énergie de forte puissance, avec une sécurité accrue et avec des éléments abondants.

Profil recherché

Physico-chimiste, le(la) candidat(e) devra manipuler des concepts simples et des synthèses en chimie, réaliser des études électrochimiques, et avoir la volonté d'approfondir sa compréhension en utilisant diverses méthodes physiques.

Le(la) candidat(e) devra :

• être titulaire d'un master en physico-chimie ou équivalent, ou diplôme d'ingénieur ;
• présenter de bonnes aptitudes de communication orale et écrite (français et anglais) ;
• avoir un esprit d'analyse et de synthèse, capacité à argumenter ;
• savoir travailler en équipe ;
• présenter une volonté d'engagement dans un contexte international de haut niveau.

Laboratoire d'accueil

Le laboratoire d'accueil est l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr). L'IMN est un centre de recherche commun au CNRS et à Nantes Université, composé de plus de 200 personnes dont plus de 120 permanents (professeurs, chercheurs CNRS, ingénieurs) et environ 80 doctorants et post-doctorants. Le(la) doctorant(e) sera supervisé(e) à la fois par un Professeur de l'équipe Physique des Matériaux et Nanostructures (PMN) et un Professeur de l'équipe Stockage et Transformation Electrochimiques de l'Energie (ST2E).

Contraintes et risques

Des déplacements hors région auront lieu durant la thèse.