élaborations et caractérisations de nouveaux électrolytes vitreux solides destinés aux batteries lithium (LIB) et sodium (NIB) // development and characterization of new solid glassy electrolytes intended for lithium (LIB) and sodium (NIB) batteries

La thèse portera sur l'élaboration de nouveaux électrolytes vitreux ou partiellement vitreux destinés à la fabrication de batteries tout solide au lithium et au sodium, qui seront utilisées soit pour équiper des véhicules électriques, soit comme solutions de stockage d'énergie. Actuellement, la majorité des électrolytes employés reposent sur des solvants organiques (utilisant des sels tels que NaClO4, NaPF6, LiPF6, dispersés dans des solvants de type carbonate d'alkyle), ce qui peut engendrer des problèmes d'inflammabilité.
Les verres chalcogénures dopés au sodium ou au lithium représentent des candidats prometteurs pour des électrolytes solides, grâce à leur excellente conductivité à basse température. Cependant, un inconvénient majeur de ces matériaux est leur réactivité à l'humidité. L'objectif de cette thèse sera donc d'incorporer une matrice silicate dans ces verres chalcogénures, matériaux qui sont chimiquement et thermiquement très stables. Cette approche vise à sécuriser le fonctionnement de la batterie tout en facilitant leur recyclage.
La thèse impliquera également la mise au point d'un protocole de synthèse pour ces verres silicates sulfurés dopés au sodium ou au lithium. Par la suite, ces verres seront caractérisés d'un point de vue structural à l'aide de la RMN et du Raman, et de la diffraction des rayons X à haute énergie, afin de comprendre les mécanismes de conduction des ions Li+ et Na+, et d'optimiser ainsi leurs propriétés conductrices.
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'The PhD project will focus on the development of new glassy or partially glassy electrolytes intended for the fabrication of all-solid-state lithium and sodium batteries, which could be used either to power electric vehicles or as energy storage solutions. Currently, most electrolytes rely on organic solvents (using salts such as NaClO₄, NaPF₆, LiPF₆, dispersed in alkyl carbonate-type solvents), which can lead to flammability issues.
Sodium- or lithium-doped chalcogenide glasses are promising candidates for solid electrolytes due to their excellent conductivity at low temperature. However, a major drawback of these materials is their sensitivity to moisture. The objective of this PhD will therefore be to incorporate a silicate matrix into these chalcogenide glasses, as silicate-based materials are chemically and thermally very stable. This approach aims to ensure safer battery operation while facilitating their recycling.
The project will also involve developing a synthesis protocol for these sulfur-containing silicate glasses doped with sodium or lithium. Subsequently, these glasses will be structurally characterized using NMR, Raman spectroscopy, and high-energy X-ray diffraction, in order to better understand the conduction mechanisms of Li⁺ and Na⁺ ions, and thereby optimize their conductive properties.'
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université Polytechnique Hauts de France

635 Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France

profil : master ou ingénieur en chimie, master ou ingénieur en chimie des matériaux compétences : synthèse de matériaux, de verres, spectroscopie d'impédance, infra-rouge, Résonance Magnétique Nucléaire du Solide (RMN)
master or engineer in chemistry or chemistry of materials skills : synthesis of materials, glasses, spectroscopy impedance, infra-red, nuclar magnetic resonance (NMR)