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Les sujets de thèses

3 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 20-01-2019


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• Matière molle et fluides complexes

 

Batterie au Li-métal à électrolyte hybride avec conduction par ions lithium uniquement

SL-DRF-19-0554

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe de Diffusion Neutron Petits Angles

Saclay

Contact :

Jacques JESTIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jacques JESTIN

CNRS - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

0661476825

Directeur de thèse :

Jacques JESTIN

CNRS - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

0661476825

Aujourd'hui et dans les années à venir, le développement des batteries à haute performance, sûre et à faible coût est la clé pour l'expansion des industries et des marchés importants tels que les véhicules électriques et les énergies renouvelables. La technologie de batterie au lithium-métal polymère (LMP) est sans doute la plus attrayante. Le lithium métal est l’anode de choix avec sa capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle utilisée dans les batteries Li-ion, pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. De plus, le lithium métal est le seul choix pour profiter des capacités élevées des technologies lithium-air et lithium-soufre. Cependant, les électrolytes polymères secs ne fonctionnent qu’à 80°C, une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. Comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (t+< 0.2), ce qui limite les performances électriques.



Dans ce contexte, le principal objectif de la thèse est de développer une batterie LMP capable de fonctionner à température ambiante sur un grand nombre de cycles (> 1000). Pour atteindre cet objectif, nous proposons une approche multidisciplinaire réunissant différentes compétences dans les domaines de chimie organique et polymère, de matériaux hybrides, de transport des ions, d’électrochimie et de stockage électrochimique pour concevoir un électrolyte solide multifonctionnel « révolutionnaire ». Cet électrolyte réunit les différentes propriétés antagonistes telles que une conductivité ionique élevée à température ambiante, des propriétés mécaniques élevées, une grande stabilité électrochimique des interfaces.



Le projet de thèse est donc consacré à :

•La fonctionnalisation de la surface des nano-charges, par exemple oligomères de silsesquioxanes polyédriques (POSS), silice colloïdale ou nano-fibres de cellulose, avec les courtes chaines de polyoxyéthylènes (POE) amorphe et/ou avec le sel de lithium à base de l’anion TFSI .

•La formulation des électrolytes hybrides auto-dopés par le mélange de nano-charges fonctionnalisées avec une matrice conducteur d’ion Li+ (par exemple les POE réticulés).

•La caractérisation approfondie des électrolytes nano-hybrides préparés qui comprend la dispersion des nano-charges dans la matrice de polymère, la dynamique (macro)moléculaire et les propriétés macroscopiques (transport et mécanique). Ces caractérisations permettent d’établir la relation entre la structure/composition et les propriétés macroscopiques.

•La construction d’un prototype de batterie LMP pour quantifier les nouveaux électrolytes nano-hybrides.



Les électrolytes hybrides auto-dopés proposés auront (i) une valeur de tLi+ proche de 1 parce que l’anion est greffé de manière covalente aux nano-charges. Li+ est le seul ion mobile dans le milieu ; (ii) une conductivité ionique élevée (par exemple =10-4 S/cm à température ambiante) grâce aux mobilités élevées des chaines courtes de POE greffées à la surface de nano-charges ainsi qu’à l’emploi d’un sel lithium hautement dissocié ; (iii) des propriétés mécaniques suffisantes pour contrer la croissance dendritique grâce au rôle de renfort des nano-charges et au réseau réticulé de la matrice conducteur d’ion ; (iv) une stabilité électrochimique élevée jusqu’à 5V vs Li+/Li (potentiel nécessaire pour utiliser les matériaux actifs de haut potentiel dans l’assemblage de la batterie) du fait du greffage de l’anion ; (v) une stabilité thermique améliorée pour la sécurité grâce à la présence de nano-charges, en particulier les POSS.



Ce projet sera mené en collaboration étroite entre le Laboratoire Léon Brillouin (DRF/IRAMIS) au CEA Saclay, le Laboratoire d’Electrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (LEPMI/Grenoble INP) à Grenoble et l’Institut de Chimie Radicalaire (Université Aix-Marseille) de Marseille.

Batteries "lithium métal polymère" : Vers un fonctionnement à température ambiante

SL-DRF-19-0563

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Biologie et Systèmes Désordonnés

Saclay

Contact :

Jean-Marc ZANOTTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

(+33)(0)4-76-20-75-82

Directeur de thèse :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

(+33)(0)4-76-20-75-82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/jean-marc.zanotti/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Voir aussi : http://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Pages/Accueil.aspx

Ce travail de doctorat propose de mettre en œuvre une méthode originale pour permettre l’utilisation de batteries "lithium métal polymère" à température ambiante.

Cet objectif sera atteint par la mise en conjonction de trois effets :

i) le confinement nanométrique de l’électrolyte polymère (Poly(Oxyde d’Éthylène) (PEO) + sel de lithium) au sein de membranes à base de tapis de NanoTubes de Carbone Alignés Verticalement (VA-NTC).

ii) l’utilisation de POE de faible masse molaire.

iii) la conduction ionique unidimensionnelle.



Les propriétés de transport des ions lithium et la conduction ionique seront contrôlées par deux distances caractéristiques : le diamètre des pores (1-4 nm) et la longueur totale des VA-NTC (de 10 à 500 µm). La compréhension des propriétés de transport sur des distances différant de plusieurs ordres de grandeur appelle naturellement à une approche multi-échelles.

Pour son volet fondamental, l'objectif premier de cette étude est de développer une approche expérimentale multi-échelles pour appréhender de façon globale la mobilité exaltée en confinement 1D.

Etude biophysique de la dynamique de la conformation de la chromatine au cours de la réplication du génome

SL-DRF-19-0435

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Frédéric GOBEAUX

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric GOBEAUX

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 24 74

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/frederic.gobeaux/

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

L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui la contrôlent. L’état de l’art actuel permet d’appréhender l’organisation à courte portée (<10 nm) et à longue portée (>250 nm) de la chromatine dans le noyau. Cependant, il existe une zone intermédiaire (10-250 nm) où l’organisation spatiale de la chromatine est mal identifiée. Cette zone correspond précisément à la taille des complexes protéiques qui modifient la chromatine pour permettre la duplication du génome.



Nous étudierons par diffusion des rayons X des cultures cellulaires au cours de la duplication du génome et autres événements cellulaires. Grâce à un montage expérimental adapté nous mesurerons la dynamique de la conformation de la chromatine lors de la duplication du génome et compléterons cette analyse par des simulations numériques (dynamique moléculaire) afin de corréler la dynamique de la chromatine avec celle de la duplication du génome. Nous utiliserons différents mutants cellulaires et ajouterons des composés chimiques pour perturber le système et modifier les structures observées.



Ce projet est en collaboration entre une équipe de physique et une équipe de biologie et comportera pour l'étudiant des aspects des deux disciplines.

 

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