Caractérisation et optimisation de batterie lithium-soufre avec un électrolyte solide et une électrode négative protégée (H/F)

Les missions du poste

La production et le stockage de l'énergie sont des enjeux majeurs pour assurer la transition énergétique. Des batteries de haute densité d'énergie, peu onéreuse à longue durée de vie doivent être développées pour permettre la percée en masse des énergies décarbonées et du transport électrifié. Actuellement, les batteries lithium-ion (Li-ion) sont employées de manière prépondérante dans les applications d'électronique portables et au sein des véhicules électriques. Cependant cette technologie d'accumulateur n'est pas adéquate car la densité d'énergie devrait être augmentée au moins d'un facteur deux pour répondre au besoin du marché. De plus, la présence d'électrolyte liquide inflammable entraine un risque fort de sécurité. Une solution est donc de remplacer ce dernier par un électrolyte solide ce qui ouvra la voie vers une utilisation sécuritaire d’une électrode négative en Li métal. Ce dernier est le candidat idéal du fait de sa haute capacité spécifique mais peut nécessiter d’être protégé pour le rendre compatible avec l’électrolyte.
Dans ce contexte, le projet de thèse propose d’étudier et d’optimiser des batteries au lithium-soufre comportant une électrode négative en Li avec une couche de protection inorganique via un panel complet de mesures électrochimiques et physico-chimiques. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche européen Horizon Europe composé de 11 partenaires répartis dans 10 pays qui va démarrer officiellement en mai/juin2025 où les différents partenaires fourniront au laboratoire LEPMI les matériaux d’étude (Li, Li protégé, électrolytes solides, matériaux au soufre, etc). Un premier volet du projet qui se déroulera au laboratoire LEPMI portera sur la compréhension de l’interface entre le lithium et l’électrolyte avec notamment l’analyse des électrodépôts de lithium (dendrites) par des mesures électrochimiques et via l’imagerie aux rayons X. Un second volet du projet portera sur une collaboration étroite (thèse en co-tutelle) avec le centre de recherche sur les polymères POLYMAT au Pays basque espagnol pour y optimiser les électrolytes solides par l’étude des mécanismes de conduction ionique. Enfin, des assemblages en batterie complète seront assemblés puis cyclés avant d’être désassemblés pour en étudier les possibilités de recyclage.

Contexte de travail

Le LEPMI (Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces) est une unité mixte (UMR 5279) composée de chercheurs du Centre National de Recherche Scientifique (CNRS), de l'Université Grenoble Alpes (UGA), de l'Institut National Polytechnique de Grenoble (Grenoble-INP) et de l'Université de Savoie Mont-Blanc (USMB). Les principales activités de recherche du LEPMI portent sur l'élaboration, la caractérisation physique et électrochimique de matériaux fonctionnels (polymères, sels, liquides ioniques, catalyseurs, céramiques) destinés aux systèmes énergétiques (batterie, pile à combustible).
La personne recrutée travaillera principalement au sein de l'équipe Matériaux, Interfaces et ELectrochimie (MIEL) situé sur le campus grenoblois à Saint Martin d'Hères. Elle est focalisée sur la conception et la caractérisation physico-chimique et électrochimique des polymères, sels, liquides ioniques et ionomères et des électrolytes dédiés au stockage et la conversion d'énergie (batteries : lithium-polymère, lithium-ion, lithiums soufre, Mg, Na ; piles à combustible à membrane polymère protoniques et alcalines). De plus, l'équipe a une large activité sur l'étude operando et in-situ par des techniques couplées : Electrochimie/Raman, Electrochimie/NMR et d'autres techniques synchrotron. L'équipe MIEL est formée de 19 permanents, 15 doctorants/an, 4 postdoc/an et 6 masters/an. Une partie du travail se déroulera en collaboration avec l’équipe Electrochimie Interfaciale et Procédés (EIP) pour étudier les aspects sur le recyclage des matériaux. Enfin, des séjours au POLYMAT en Espagne dans le cadre d’une co-tutelle sont envisagés pour optimiser les propriétés de transport des électrolytes.