Domaine, spécialité : CHIMIE
Électrochimie, Matériaux (carbone, films minces), Microscopie et Spectroscopie.
Unité d’accueil : NIMBE/LICSEN
Résumé
Ce stage porte sur une problématique cruciale dans le domaine du stockage d’énergie : l’augmentation de la densité d’énergie des supercondensateurs en milieu aqueux. L’objectif à terme est d’améliorer les performances de ces dispositifs en modifiant les propriétés de surface du matériau carboné à l’aide de films minces fonctionnalisés. Aussi en utilisant la technique de microscopie BALM, nous étudierons la dégradation du carbone, les propriétés catalytiques des matériaux carbonés vis-à-vis de l’oxydation et de la réduction de l’eau et la morphologie films minces électrodéposés. L’ensemble de ces études devraient permettre de mettre en évidence l’influence des films minces sur la passivation du carbone et la suppression complète de ses propriétés catalytiques.
Sujet détaillé
Les nouvelles sources d’énergie intermittente, soient, des sources où la production et la consommation ne sont pas toujours en phase, ont besoin de dispositif de stockage d’énergie. Ce stage s’inscrit sur le développement de supercondensateurs. C’est un dispositif de stockage d’énergie qui utilise des électrodes en carbone et des électrolytes (organique, aqueux ou liquide ionique) pour stocker une quantité d’énergie électrique. Contrairement aux batteries, il ne repose pas sur des réactions chimiques mais sur la séparation des charges électriques. Pour des enjeux environnementaux et de sécurité, l’électrolyte utilisée sera en milieu aqueux. Dès lors, interviennent la décomposition de l’eau à 1.23V et la corrosion du carbone lors du contact entre l’électrode et l’électrolyte. Ainsi l’objectif est d’augmenter notre plage de tension en utilisant du carbone à haute surface spécifique comme électrode et en modifiant la matière active/interface électrolytique en créant sur mesure un film mince en contrôlant les propriétés d’épaisseur, de conduction ionique, et d’hydrophobicité. Cette nouvelle approche s’inspire de la couche de passivation d’interphase (SEI). L’électrogreffage s’est révélé être une méthode puissante pour la modification des surfaces et le greffage organique. Elle permet de former facilement de minces films organiques liés de manière covalente à des substrats conducteurs (carbone ou métaux), à des semi-conducteurs ou même à des diélectriques. Le but de ce stage est de comprendre la dégradation du carbone notamment l’oxydation du carbone à l’aide de la microscopie optique à haut contraste (BALM). Parallèlement, la fabrication des films minces composés de sels de diazonium sur des matériaux carbonés poreux sera étudiée à l’aide de la spectroélectrochimie. L’étudiant(e) étudiera les propriétés catalytiques des matériaux carbonés fonctionnalisés vis-à-vis de la réduction et de l’oxydation de l’eau. Ce sujet contribue à la réalisation d’une source de stockage d’énergie, respectueuse de l’environnement et potentiellement compétitive sur le plan économique pour répondre à nos besoins énergétiques futurs. L’étudiant(e) en charge du projet aura une excellente opportunité d’approfondir ses connaissances dans le domaine du stockage d’énergie et de contribuer à la recherche sur les matériaux pour les supercondensateurs.
Lieu du stage
CEA-Saclay 91 Essonne, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 6 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Non
- Date limite de candidature : 28 mars 2025
Compétences requises
Langue : Anglais
Liens utiles
Site web du laboratoire : https://iramis-devwp.extra.cea.f/nimbe/licsen
Coordonnées du tuteur de stage : Rebecca BAZIN