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Les stages

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Fonctionnalisation de nanotubes pour la fabrication de batteries lithium-soufre et lithium-organique
Functionalized carbon nanotubes for lithium batteries

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01-04-2017

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Ce projet vise à étudier l’intérêt des nanomatériaux carbonés pour les électrodes positives d’accumulateurs Lithium/soufre et Lithium/organique. Ce projet se déroulera en collaboration entre deux laboratoires du CEA à Saclay et à Grenoble.

Sujet détaillé/Full description

La problématique du stockage de l’énergie revêt une importance particulière pour la production et de l’utilisation d’énergies intermittentes et/ou délocalisées. Pour cela, la réalisation de batteries non polluantes et possédant une grande capacité spécifique est un enjeu majeur.
Les systèmes lithium-ion (Li-ion) sont aujourd’hui largement intégrés aux appareils électroniques portables. Leurs performances en termes de capacité et d’énergie spécifiques semblent cependant atteindre progressivement un palier et ces systèmes pourront difficilement répondre aux exigences identifiées pour les batteries de véhicules électriques. Les accumulateurs lithium/soufre (Li/S) constituent une alternative prometteuse en raison de la forte capacité de stockage massique de l’électrode positive de soufre élémentaire[1-2] qui permettrait d’atteindre des densités d’énergie allant jusqu’à 500 W.h.kg-1 (vs 250-300 W.h.kg-1 pour le Li-ion au maximum). Cette technologie présente cependant un inconvénient majeur qui explique pourquoi elle n’est pas encore commercialisée : le soufre élémentaire S8 et les intermédiaires réactionnels de type polysulfures de lithium Li2Sn (2≤n≤8) sont solubles dans les électrolytes organiques classiquement utilisés dans les batteries.[3] La matière active solubilisée peut diffuser à travers l’électrolyte et venir réagir à l’électrode négative, entrainant une perte de capacité ainsi qu’un phénomène d’autodécharge (ce problème est également rencontré pour les batteries Li/organique[4]). De plus, le soufre élémentaire étant isolant, l’ajout d’un conducteur électronique à l’électrode positive est obligatoire.
Au cours de ce stage, nous proposons de combiner des nanomatériaux carbonés (nanotubes de carbone, graphène) avec des molécules électroactives afin de créer de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour accumulateurs Li/S et Li/organique ne présentant pas de phénomène de dissolution de la matière active en cours de cyclage.
Pour ce projet le/la candidat(e) doit avoir une formation en chimie avec notamment de bonnes connaissances en chimie organique et en électrochimie. Ce travail sera réalisé en collaboration entre deux laboratoires du CEA à Saclay et à Grenoble.

Référence :
[1] X. Ji, K. T. Lee, L. F. Nazar, J. Mater. Chem., 2010, 20, 9821-9826
[2] P. G. Bruce1, S. A. Freunberger, L. J. Hardwick, J. M. Tarascon, Nat. Mater., 2012, 11, 19-29
[3] Y. X. Yin, S. Xin, Y. G. Guo, L. J. Wan, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 13186-13200
[4] G. Charrier, A. Desrues, C. Barchasz, J. Leroy, R. Cornut, B. Jousselme, S. Campidelli, J. Mater. Chem. A, 2016 in press

Contacts :
Stéphane Campidelli
DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN
CEA-Saclay
91191 Gif sur Yvette
Tél : +33 (0)1 69 08 51 34
E-mail : stephane.campidelli@cea.fr

Céline Barchasz
DRT/LITEN/DEHT/SCGE/LGI
CEA-Grenoble, 17 rue des Martyrs
38054 Grenoble Cedex 9
Tél : +33 (0)4 38 78 90 36
Email : celine.barchasz@cea.fr

Mots clés/Keywords

Chimie Organique, Electrochimie, chimie des matériaux

Compétences/Skills

Synthèse organique, électrochimie, fabrication et test de pile bouton

 

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