PhD : Compréhension et contrôle de la formation de dépôts inhomogènes dans les batteries à lith[...]

Sujet de thèse

Les batteries à lithium métal constituent une voie prometteuse pour accroître significativement la densité énergétique des systèmes de stockage électrochimique. Cependant, leur développement est limité par la formation de dépôts inhomogènes de lithium, susceptible de dégrader les performances et de compromettre la sécurité des cellules. Des études récentes suggèrent que les asymétries entre les phases de charge et de décharge jouent un rôle majeur dans ces phénomènes, mais les mécanismes sous-jacents restent encore mal compris.

L'objectif de cette thèse est d'élucider les mécanismes physicochimiques responsables des dégradations à l’anode induites par ces conditions de fonctionnement asymétriques. Une compréhension approfondie de ces mécanismes constituera un préalable indispensable à la conception de stratégies de mitigation efficaces. Les connaissances acquises serviront ainsi à développer des solutions innovantes visant à stabiliser l’interface lithium–électrolyte et à limiter les dépôts inhomogènes.

Deux approches complémentaires seront explorées: l'ingénierie de l'électrolyte par l'ajout d'additifs fonctionnels favorisant la formation d'interfaces stables, et la conception de couches protectrices hybrides à gradient de composition à la surface du lithium métal afin d'homogénéiser les flux ioniques et les réactions interfaciales.

Le projet s'appuiera sur une combinaison d'outils électrochimiques avancés (cyclage en piles bouton, spectroscopie d'impédance, rendement coulombique), de caractérisations operando par spectroscopie infrarouge à fibre optique permettant de suivre l'évolution des interfaces en temps réel, ainsi que d'analyses post-mortem de pointe (XPS, ToF‑SIMS, SEM‑FIB, IR) pour relier la composition et la structure des interfaces aux performances électrochimiques.

Cette thèse offrira au candidat l'opportunité de développer une expertise à l'interface entre électrochimie, science des matériaux et caractérisations avancées, dans un domaine stratégique pour les futures générations de batteries à haute densité énergétique.

Profil recherché

Le ou la candidat(e) doit être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur en chimie, science des matériaux, électrochimie ou discipline apparentée, et posséder un fort intérêt pour les matériaux fonctionnels et le stockage électrochimique de l’énergie. Des connaissances en électrochimie et/ou en caractérisation des matériaux seront appréciées. Curiosité scientifique, autonomie, rigueur et capacité à travailler en équipe sont essentielles pour mener à bien ce projet.

Contexte

Cette thèse sera menée au sein de la Chaire « Chimie du solide et de l’énergie » du Collège de France, dirigée par Jean‑Marie Tarascon, figure internationale du domaine des batteries et du stockage électrochimique de l’énergie. Situé au cœur du Quartier latin à Paris, le CSE offre un environnement de recherche exceptionnel, associant recherche fondamentale et avancées.