Investigation du stockage de charge dans des micro-supercondensateurs à base de MnO₂ en présence de liquides ioniques

Le/la doctorant·e aura pour objectif d'élucider les mécanismes de stockage de charge de micro-supercondensateurs à base de MnO₂ lorsque ceux-ci sont couplés à des électrolytes en liquides ioniques (Na-based et apparentés). Il/elle s’attachera à distinguer et quantifier les contributions pseudocapacitifs et double-couche électrochimique (EDLC), en particulier dans une fenêtre de tension étendue au-delà de 2 V, afin d’identifier les conditions permettant d’atteindre des densités d’énergie élevées sans dégradation du matériau actif.
Pour cela, il/elle :
- synthétisera et optimisera au LAAS des électrodes poreuses Ni/MnO₂ adaptées aux liquides ioniques,
- évaluera, sur ces électrodes, des électrolytes innovants développés par PolyMAT (stabilité, fenêtre de potentiel, capacité, cyclabilité),
- mènera, en collaboration avec l'ICMAB, des caractérisations avancées (in situ / operando électrochimiques et spectroscopies) pour corréler structure locale, états d’oxydation du Mn et mécanismes de stockage de charge dans ces environnements ioniques.
Les résultats attendus contribueront directement à la conception de micro-supercondensateurs MnO₂ fonctionnant à haute tension et à faible coût dans le cadre du projet.

Référence : B. Bounor, J.S. Seenath, S.G. Patnaik, D. Bourrier, C.C.H. Tran, J. Esvan, L. Weingarten, A. Descamps-Mandine, D. Rochefort, D. Guay and D. Pech, “Low-cost micro-supercapacitors using porous Ni/MnO2 entangled pillars and Na-based ionic liquids”. Energy Storage Materials, vol. 63, 102986 (2023).

La thèse s’inscrit dans un projet interrégional franco-espagnol, TRANS-CAP, dédié au développement de micro-supercondensateurs MnO₂ haute tension, associant :

- LAAS-CNRS (Toulouse, France) – Laboratoire de référence en micro/nanotechnologies et stockage électrochimique, coordinateur du projet. Le/la doctorant·e sera basé·e au LAAS au sein de l’équipe MRS (Matériaux Réactifs et Stockage d'Énergie), avec accès aux plateformes de microfabrication (salle blanche) et de caractérisations physico-chimiques et électrochimiques.

- PolyMAT (Université du Pays Basque, Espagne) – Partenaire en charge de la formulation de liquides ioniques et ionogels Na-based. Le/la doctorant·e testera au LAAS ces électrolytes sur les électrodes développées localement, et réalisera des séjours scientifiques chez PolyMAT pour intégrer au mieux les électrolytes au système MnO₂.

- ICMAB (CSIC, Barcelone, Espagne) – Spécialiste des caractérisations avancées et analyses in situ / operando (XPS/HAXPES, XAS, EXAFS…). Le/la doctorant·e effectuera des missions à l'ICMAB pour conduire les études structurales et spectroscopiques sur les électrodes Ni/MnO₂ en présence de liquides ioniques.

Master 2 en électrochimie ou matériaux, avec goût marqué pour le travail expérimental (synthèse, caractérisations, microfabrication) et disponibilité pour des déplacements ponctuels en Espagne.