Sujet de stage / Master 2 Internship

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Synthèse et exploration des propriétés électrochimiques d'électrolytes solides à base d'halogénures pour les applications de batteries

Spécialité : / CHIMIE

Contact : PONGILAT Remith,
e-Mail : remith.pongilat@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 51 27
Laboratoire : NIMBE/LEDNA

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 21/04/2023

Résumé :

Sujet détaillé :
Les batteries au lithium à l'état solide offrent d'excellentes caractéristiques en particulier en matière de sécurité et de densité d'énergie, pour les systèmes de batteries mobiles et les packs pour véhicule électrique (EV). Les batteries solides en céramique sont constituées d'une cathode composite et d'un électrolyte solide, densifiés par co-frittage et empilés avec une anode en lithium métallique ou en silicium.

Dans cette étude, nous avons choisi un matériau d'électrolyte solide à base d'halogénure Li3MCl3 (M=In, Er, Y) pour les études électrochimiques d'une configuration de batterie solide [2]. Ces électrolytes solides à base d'halogénure souffrent cependant d'une instabilité interfaciale lorsqu'ils sont en contact avec le lithium métallique, ce qui empêche leur application dans les systèmes de batteries solides à haute densité énergétique à base de lithium métallique.

Comme alternative, nous prévoyons dans ce projet d'étudier les propriétés électrochimiques et physiques d'une anode composite de nanoparticules de silicium recouvertes de carbone avec un électrolyte solide halogéné. Les anodes de silicium ont une capacité spécifique théorique élevée de 4 200 mAh/g et sont faciles à préparer sous forme de films minces, ce qui augmente leur densité énergétique [3]. Dans un premier temps, les anodes de silicium seront assemblées dans des cellules à base d'électrolyte liquide pour créer une base de référence. Des caractérisations physiques, dont la XRD, la TGA et la spectrométrie Raman, seront effectuées sur les matériaux tels que synthétisés, suivies de caractérisations électrochimiques telles que l'analyse des cycles et l'analyse EIS. Pour une analyse détaillée de l'interface, une analyse par faisceau d'ions sera effectuée sur des batteries solides plus performantes avec une anode en Si@C. Les tâches suivantes seront successivemnt abordées :

- Évaluation des performances électrochimiques des cellules avec anodes en silicium
- Préparation d'une électrode composite avec un électrolyte solide halogéné et une anode en Si@C
- Études de cyclage sur la configuration de la batterie à l'état solide
- Analyse par faisceau d'ions pour la caractérisation de l'interface

Techniques utilisées : Étude électrochimique : cyclage galvanostatique, impédance, capacité de débit et cyclage à long terme, dans divers montages électrochimiques (cellules sous pression Swagelok et pellets) et analyse par faisceau d'ions avec la microsonde nucléaire.

Profil : Étudiant en M2 avec une solide formation en électrochimie/science des matériaux/technologies de l'énergie. Une bonne connaissance des batteries au lithium et des compétences expérimentales seront appréciées.
Techniques utilisées au cours du stage :
Cyclage galvanostatique, impédance, capacité de débit et cyclage à long terme, dans divers montages électrochimiques.

Mots clés : Electrochimie

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