Électrolytes polymères auto-cicatrisants pour des microbatteries tout-solides plus sûres et durables (H/F)
Emploi chez CNRS : Ingénieur en Électrolytes Polymères Auto-cicatrisants pour Microbatteries
Description du Poste
Titre du poste : Électrolytes polymères auto-cicatrisants pour des microbatteries tout-solides plus sûres et durables (H/F)
Entreprise : CNRS
Localisation : Saint-Martin-d’Hères, Isère
Salaire attendu : 2200€ par mois
Date de début : 29 Mai 2025
Contexte et Enjeux Scientifiques
Le développement durable est au cœur des préoccupations contemporaines, et un des défis majeurs réside dans la transition des batteries lithium-ion vers des alternatives plus sûres et durables. L’objectif de développement durable n°7 des Nations Unies appelle à la nécessité d’implémenter des technologies de stockage d’énergie fiables, notamment en intégrant des microbatteries tout-solides (SSµB) plus performantes.
La recherche sur les électrolytes inorganiques évoque des promesses, mais également des limitations considérables, notamment la stabilité des interfaces lorsque la batterie est soumise à des contraintes internes, ce qui peut entrainer des fluctuations de performances et des défaillances.
Projet de Recherche
Le projet de thèse international SHAPE, développé par l’UMR5279-LEPMI et l’IRL3463-LN2, propose une réponse innovante : combiner des électrolytes polymères auto-cicatrisants avec des microbatteries tout-solides. Ce travail se focalisera sur deux axes principaux :
- Matériaux : Élaboration et caractérisation multi-échelles des électrolytes polymères auto-cicatrisants.
- Dispositifs : Intégration de ces électrolytes avec des microbatteries à base de silicium.
Ce projet n’est pas seulement technique; il implique un véritable défi en matière de recherche appliquée et d’innovation pour envisager l’avenir des systèmes énergétiques.
Avantages des Électrolytes Polymères
Les électrolytes polymères auto-cicatrisants se distinguent par plusieurs caractéristiques :
- Conductivité ionique régulable : Opportunité d’ajuster la conductivité selon les besoins.
- Facilité d’intégration : Optimisation pour les procédés de micro/nano-fabrication.
- Densité énergétique accrue : Poids réduit entraînant des systèmes plus performants.
- Flexibilité : Permettant d’adapter les matériaux aux contraintes d’utilisation.
- Autocicatrisation : Capacité à réparer les dommages, prolongeant ainsi la durabilité.
- Gestion intelligente de l’énergie : Capacité à surveiller l’état de santé et de charge des batteries.
Environnement de Travail
Le laboratoire LEPMI, qui émerveille par son expertise, regroupe des chercheurs du CNRS, de l’Institut National Polytechnique de Grenoble, de l’Université Grenoble Alpes, et de l’Université de Savoie Mont-Blanc. L’équipe dynamique s’intéresse à la recherche sur les systèmes énergétiques et œuvre dans une approche innovante en électrochimie.
La personne recrutée intégrera l’équipe Matériaux, Interfaces et Électrochimie (MIEL), où elle aura l’occasion de participer à des projets pluridisciplinaires. Des collaborations internationales enrichissantes sont également prévues, notamment avec le laboratoire LN2 au Québec. Ces échanges favorisent l’intégration des pratiques scientifiques avancées et la mise en réseau au niveau international.
Candidature
Ce poste offre une opportunité unique pour les candidats souhaitant s’engager dans un domaine en pleine évolution. Les compétences requises incluent une bonne connaissance des électrolytes, de la synthèse polymère, et une capacité d’innovation.
Pour ceux intéressés, n’hésitez pas à postuler dès maintenant.
Cette annonce souligne l’importance croissante des technologies renouvelables et l’engagement scientifique pour un avenir durable. L’inclusion et la diversité sont aussi des valeurs clés dans ce processus de recrutement, favorisant un environnement de travail collaboratif et innovant.
📅 Date de publication de l’offre : Thu, 29 May 2025 00:17:27 GMT
🏢 Entreprise : CNRS
📍 Lieu : Saint-Martin-d’Hères, Isère
💼 Intitulé du poste : Électrolytes polymères auto-cicatrisants pour des microbatteries tout-solides plus sûres et durables (H/F)
💶 Rémunération proposée : €2200 per month
📝 Description du poste : Un défi scientifique, technologique et sociétal contemporain crucial pour adresser l’objectif de développement durable n°7 des Nations Unies consiste à remplacer les batteries lithium-ion (où l’électrolyte est un liquide ou un gel) par des batteries tout-solides à hautes performances plus sûres et durables. Au-delà des lignes de forces que constituent le stockage électrochimique de l’énergie et les mobilités électriques, le développement de microbatteries (µBs) plus sûres et plus performantes est également attendu pour répondre à la demande croissante d’électronique embarquée miniaturisée, par exemple pour alimenter les dispositifs de l’Internet des Objets (IoT) possédant une autonomie énergétique accrue. Les électrolytes inorganiques sont actuellement envisagés comme la prochaine génération d’électrolytes de choix pour les microbatteries tout-solides (SSµBs). Ils présentent cependant des inconvénients majeurs au-delà de leurs avantages intrinsèques. En particulier, il est impossible de garantir l’intégrité et la fonctionnalité de leurs interfaces (électrolyte/électrodes) clés lorsque la batterie subit des contraintes internes (dues aux processus de lithiation/délithiation) pendant son cyclage, ce qui entraîne des fluctuations de performances imprévisibles et/ou erratiques pouvant aller jusqu’à un dysfonctionnement intempestif de la batterie et, en fin de compte, leur défaillance.
Pour répondre à cette problématique, nous proposons dans ce projet de thèse internationale (projet SHAPE conjointement développé par l’UMR5279-LEPMI et l’IRL3463-LN2) de combiner une nouvelle génération d’électrolytes polymères autocicatrisants (conçus, synthétisés et caractérisés au LEPMI) à des microbatteries tout-solides embarquées sur puce (SSµB assemblées, caractérisées et cyclées au LN2) reposant sur une électrode négative en silicium (Si) porosifié. Notre objectif est de (i) repousser les limites de la connaissance en matière de stockage électrochimique de l’énergie sur puce (TRL1-3) et (ii) réaliser des preuves de concept (PoCs) (TRL3-4). Grace à la soumission de propositions de temps de faisceaux dans très grandes infrastructures de recherche (par exemple Soleil et ESRF), les équipes de l’UMR5279-LEPMI et de l’IRL3463-LN2 uniront leurs forces pour réaliser des caractérisations (in situ et operando) par diffusion et imagerie des rayons X couplées à des techniques électrochimiques de films minces (SHPE) infiltrés dans des électrodes négatives en Si poreux et des SSµBs pour accéder aux preuves de concepts recherchées respectivement aux niveaux des matériaux de batteries et des dispositifs de stockage de l’énergie embarquées sur puces.
En tant que solution « chimiquement neutre » (c’est-à-dire une solution 2.0 s’appliquant aux batteries à base de cations mono/multi-valents) et innovante pour les microbatteries embarquées sur puces destinées à alimenter les dispositifs de micro/nanoélectroniques, les électrolytes polymères autocicatrisants présentent six avantages clés: (i) leur conductivité (ca)ionique (par exemple Li+) est ajustable à façon par ingénierie macromoléculaire, (ii) leur intégration dans les procédés de micro/nano-fabrication est facilitée, (iii) leur faible densité conduit à des SSµBs plus denses en énergie, (iv) leur flexibilité intrinsèque (nature viscoélastique) permet d’adapter les matériaux de batteries aux contraintes engendrées dans les dispositifs en fonctionnement, (v) leurs facultés d’autocicatrisation permettent de remodeler les matériaux de batteries sein des SSµB via des cyclages en température tirant partie d’un comportement bio-inspiré encodé dans leurs structures chimiques, et (vi) ils permettent de contrôler et réguler l’état de santé (SoH) et l’état de charge (SoC) de ces SSµB 2.0 par un paramètre physique (Température) via l’utilisation d’un système de gestion de batterie intelligent (BMS).
Le premier volet (matériaux) du projet SHAPE se déroulera au laboratoire LEPMI et portera sur l’ingénierie macromoléculaire, la synthèse et les caractérisations multi-échelles/physiques structure/propriétés de transport ionique d’électrolytes polymères autocicatrisants. En collaboration étroite avec le LEPMI, le second volet (dispositif) du projet sera développé au Québec au sein du Laboratoire LN2 où ces électrolytes polymères seront infiltrés à l’état fondu dans des électrodes négatives de silicium porosifiées et des assemblages en microbatteries tout-solides complètes embarqués sur puces réalisés, caractérisés et cyclés pour en déterminer leurs performances et leur durabilité.Contexte de travailLe LEPMI (Laboratoire d’Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces) est une unité mixte de recherche (UMR5279) composée de personnels du Centre National de Recherche Scientifique (CNRS), de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (Grenoble-INP), de l’Université Grenoble Alpes (UGA) et de l’Université de Savoie Mont-Blanc (USMB). Les principales activités de recherche du LEPMI portent sur l’élaboration, la caractérisation multi-échelle/physique de matériaux fonctionnels (polymères, sels, liquides ioniques, catalyseurs, céramiques) destinés aux systèmes énergétiques (batteries, pile à combustible et cellules solaires).
La personne recrutée travaillera principalement au sein de l’équipe Matériaux, Interfaces et ELectrochimie (MIEL) localisé sur le campus UGA à Saint-Martin-d’Hères. Cette équipe pluridisciplinaire se concentre sur l’écoconception et les caractérisations chimique, électrochimiques, physico-chimique, et physiques des polymères, sels, liquides ioniques et ionomères et d’électrolytes dédiés au stockage et la conversion électrochimique d’énergie (batteries : lithium-polymère, lithium-ion, lithium-soufre, Na, Ca, Mg. Piles à combustible à membrane polymères protoniques et alcalines, cellules solaires à base de pérovskites). L’équipe MIEL développe une activité soutenue et innovante sur l’étude in-situ et operando par des techniques couplées: Electrochimie/Raman, Electrochimie/RMN, Electrochimie/diffusion, imagerie et spectroscopie des rayons X. L’équipe MIEL est constituée de 19 permanents, 15 doctorants/an, 4 postdoc/an et 6 masters/an. Les travaux du projet SHAPE se dérouleront en co-supervision et collaboration synergique avec l’équipe énergie sur puce du Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes, le laboratoire de recherche international IRL3463-LN2 basé à Sherbrooke, au Québec. Des séjours scientifiques au Canada font parties intégrantes du programme de recherche de cette thèse qui sera en partie réalisée en immersion au sein du riche écosystème scientifique de l’Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT) et des infrastructures (salles blanches) et plateformes technologiques du Centre de Collaboration MiQro Innovation (C2MI) de l’Université de Sherbrooke (UdeS) où seront assemblées, caractérisées et cyclés les microbatteries tout-solides embarqués sur puce du projet SHAPE.
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