Vers l’amélioration des microbatteries tout-solide : stabilisation des interfaces et atténuation de la dégradation pour une fiabilité à long terme // Advancing All-Solid-State Microbatteries: Interface Stabilization and Degradation Mitigation for Long-Ter

Ce projet de thèse se concentre sur l'avancement des microbatteries tout solides pour des applications de stockage d'énergie miniaturisées, telles que les appareils électroniques portables, les systèmes IoT et les technologies médicales implantables. La recherche vise à stabiliser et atténuer la dégradation aux interfaces électrode/électrolyte, qui sont des goulots d'étranglement critiques dans la performance des microbatteries à l'état solide. Le projet implique deux axes de recherche principaux : (1) l'étude et l'optimisation de films ultra-minces (de l'échelle sub-nanométrique à nanométrique déposés par ALD) pour l'ingénierie des interfaces dans les empilements LiCoO2/LiPON/Li, et (2) une investigation fondamentale des mécanismes responsables de la dégradation des interfaces. L'étude impliquera la fabrication et la caractérisation d'empilements partiels et complets en utilisant des techniques telles que la voltammétrie cyclique (CV), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), la diffraction des rayons X (XRD) et la microscopie électronique à balayage (SEM). L'incorporation de métaux d'alliage (par exemple, Ag, Au) entre la couche tampon et le lithium sera également explorée pour améliorer la stabilité de l'interface métal-lithium. Les résultats attendus incluent un empilement de microbatteries optimisé capable de dépasser 1 000 cycles avec une augmentation minimale de la résistance interfaciale et un cadre complet décrivant les mécanismes de dégradation et les effets des couches tampons.
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This PhD project focuses on advancing all-solid-state microbatteries for miniaturized energy storage applications, such as wearable electronics, IoT systems, and implantable medical technologies. The research aims to stabilize and mitigate degradation at the electrode/electrolyte interfaces, which are critical bottlenecks in solid-state microbattery performance. The project involves two main research axes: (1) the study and optimization of ultrathin films (sub-nanometer to nanometer scale deposited by ALD) for engineering the interfaces in LiCoO2/LiPON/Li stacks, and (2) a fundamental investigation of the mechanisms responsible for interface degradation. The study will involve the fabrication and characterization of partial and complete stacks using techniques like cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). The incorporation of alloying metals (e.g., Ag, Au) between the buffer layer and lithium will also be explored to enhance lithium-metal interface stability. The expected outcomes include an optimized microbattery stack capable of exceeding 1,000 cycles with minimal increase in interfacial resistance and a comprehensive framework describing degradation mechanisms and buffer layer effects.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire : Laboratoire des Composants pour la RF et l'Energie
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
Directeur de thèse : FRANGER Sylvain
Organisme : Université Paris-Saclay
Laboratoire : ICMMO

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies

Nanotechnologies; Materials Science and Engineering; Electrochemistry; Condensed Matter Physics; Energy Storage