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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

4 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 15-05-2021


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• Chimie physique et électrochimie

 

Compréhension fondamentale et développement d'électrolytes aqueux concentrés pour les batteries Mg

SL-DRF-21-0413

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Magali GAUTHIER

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Magali GAUTHIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

01 69 08 45 30

Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/magali.gauthier/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/leel/

Il a longtemps été admis que les batteries aqueuses étaient limitées par la fenêtre de stabilité de l'eau (1,23 V), mais ce n'est plus le cas grâce aux électrolytes aqueux concentrés en sels (WISEs). Ce concept, impliquant des solutions aqueuses hautement concentrées, a conduit à une forte augmentation de la fenêtre de potentiel des batteries aqueuses au lithium. Elle s'explique principalement par l'absence de molécules d'eau libres et par le rôle crucial de l'interface basée sur l’anion du sel. Alors que les WISEs ouvrent la voie à des systèmes durables, ces solutions utilisent des sels coûteux et toxiques. Le magnésium et les sels associés sont une alternative intéressante : plus sûr, moins cher, plus abondant que le lithium et porteur de deux électrons. Pourtant, la seule batterie Mg aqueuse à base de WISEs reportée dans la littérature n'améliore que légèrement la fenêtre de potentiel à 2 V, sans une compréhension claire des mécanismes en jeu. Rationaliser la réactivité des solutions aqueuses concentrées en sels au niveau fondamental est essentiel pour concevoir des stratégies efficaces pour augmenter la fenêtre de potentiel des batteries aqueuses au Mg.



La thèse consistera d'une part en une approche de compréhension de ces phénomènes incluant des expériences originales telles que la radiolyse et la spectroscopie d’absorption des rayons X par rayonnement synchrotron, ainsi que le développement de solutions d'électrolytes innovantes.
Electrolytes solides composites pour batteries « tout solide » au sodium

SL-DRF-21-0385

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Saïd Yagoubi

Thibault CHARPENTIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Saïd Yagoubi
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

+ 33 1 69 08 42 24

Directeur de thèse :

Thibault CHARPENTIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

33 1 69 08 23 56

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/said.yagoubi/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/leel/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

Les batteries rechargeables au sodium métal tout-solide présentent un avantage considérable en terme de coût pour le stockage stationnaire à grande échelle et la mobilité électrique en raison de la très large disponibilité du sodium dans les océans. Cependant, les questions relatives à la sécurité causées par l'accroissement dendritique du Na pendant le cyclage restent à résoudre pour avoir une application pratique de cette technologie.



Les verrous à lever pour permettre le développement de cette technologie résident essentiellement dans la recherche de nouveaux électrolytes solides de très haute performance (conduction cationique proche du 1mS.cm-1 à température ambiante, nombre de transfert élevé, large fenêtre de stabilité électrochimique, stabilité thermique supérieure et suppression des dendrites). Dans les décennies passées, plusieurs genres d'électrolytes solides, tels que les polymères organiques et les céramiques inorganiques, ont été explorés. Ces électrolytes révèlent des avantages différents, mais leurs limitations intrinsèques entravent leur application pratique individuelle.



Une large part de cette thèse sera consacrée au développement des matériaux d’électrolytes solides composites qui peuvent afficher les avantages des polymères organiques et des céramiques inorganiques. La combinaison de techniques de caractérisation multi-échelle électrochimique, structurale, spectroscopique et analytique permettra d’approfondir la compréhension de la dynamique du sodium à travers les réseaux structurés de la batterie.





Mots clés : électrolyte solide, céramique, polymère, composite, batterie tout solide, interfaces, caractérisation multi-échelle de la dynamique de Na+, Na-dendrite, conductivité ionique, nombre de transfert, stabilité thermique, RMN du solide, DRX, EIS.

Profils métabolomiques par RMN à sensibilité augmentée, à base de parahydrogène

SL-DRF-21-0406

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Gaspard HUBER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Directeur de thèse :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/gaspard.huber/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

La métabolomique est la science qui a trait à l’analyse des métabolites, petites molécules (moins de 1500 Da) présentes dans les organismes. Elle permet de comprendre le fonctionnement de ces organismes, et de détecter, identifier voire quantifier des métabolites qui signent un état pathologique ou un stress particulier. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique complémentaire de la spectrométrie de masse (SM) pour analyser des mélanges complexes de métabolites. Cependant, du fait de sa faible sensibilité, la RMN n’est pas autant utilisée que la SM. Il existe différentes techniques d’augmentation du signal RMN. L’une d’elle tire parti des propriétés particulières du parahydrogène, un isomère de spins du gaz dihydrogène. Dernièrement, une méthode, nommée SABRE-Relay et fondée sur le parahydrogène, a été inventée. Elle permet, en milieu aprotique, d’augmenter l’intensité des signaux RMN de toute molécule comportant au moins un proton labile.



La thèse consiste à développer la méthodologie de la technique SABRE-Relay lorsqu’elle s’applique à des extraits métaboliques cellulaires ou à des biofluides, une grande proportion de métabolites comportant au moins un proton labile. L’objectif est de proposer de nouveaux profils métaboliques, offrant une plus grande sensibilité et une certaine spécificité par rapport aux profils classiques par RMN, pour une meilleure détection, identification voire quantification des solutés présents.
Supercondensateurs à haute énergie et pseudo-supercondensateurs à base de matériaux dopables p et n

SL-DRF-21-0877

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Mathieu PINAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2021

Contact :

Mathieu PINAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01-69-08-91-87

Directeur de thèse :

Mathieu PINAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01-69-08-91-87

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/mathieu.pinault/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

Voir aussi : https://www.u-cergy.fr/fr/laboratoires/lppi/themes-de-recherche/theme-ii.html

Pour permettre l’essor des énergies décarbonées, le stockage de l'électricité est l'un des plus grands défis à relever. Dans ce contexte, l'utilisation de nanomatériaux spécifiquement organisés à l’échelle nanométrique tels que des tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) est très prometteuse. De nouveaux matériaux d'électrode pseudocapacitive à base de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) modifiés par des polymères conducteurs électroniques ont démontré leur intérêt pour réaliser des supercondensateurs validant ainsi l’intérêt d’une telle configuration (alignement et espacement régulier des nanotubes dans le matériau) en termes de gain en énergie et surtout de puissance du supercondensateur.

Ce projet de thèse s’inscrit dans le contexte d’un partenariat entre le LEDNA du NIMBE (CEA-CNRS UMR3685), le LPPI de Cergy Paris Université et la société NawaTechnologies. Nous chercherons à développer la croissance contrôlée de NTC alignés sur collecteurs en aluminium compatibles avec une utilisation industrielle. L’accent sera mis sur l’utilisation de précurseurs bio-sourcés et sur la nature et composition de la phase gazeuse réactive. Compte tenu de l’application, nous souhaitons maitriser les caractéristiques des tapis issus de ces nouvelles conditions de synthèse, ces dernières ayant un rôle crucial sur la capacitance des électrodes, et donc la densité d’énergie stockée dans les dispositifs supercondensateurs.

 

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