Développement d'expériences de cyclage in-situ dans un micrOscope électronique à balayage pour l'étude de batteries M-ion en milieu Electrolyte liquide. (DOME) // Development of in-situ cycling experiments in a scanning electron micrOscope for the study o

Pour répondre aux nouveaux enjeux environnementaux (réduction des émissions de gaz à effet de serre, amélioration de la qualité de l'air, ...), des normes de plus en plus strictes sont mises en place à l'échelle nationale et européenne. Elles incitent notamment les constructeurs automobiles à investir davantage dans des technologies à faibles émissions, dont font partie les véhicules électriques. Les systèmes pour le stockage de l'énergie (batteries) deviennent donc des composants essentiels pour effectuer cette transition. Ainsi pour augmenter les performances des batteries, de nombreux matériaux organiques et inorganiques pour électrodes positives ou négatives mais aussi pour électrolyte (cas spécifique des batteries tout solide) sont synthétisés et étudiés. L'un des points cruciaux de recherche est de déterminer leurs évolutions au cours du cyclage afin de comprendre leurs mécanismes de dégradation (chimiques, structuraux, mécaniques). Dans ce contexte, des études sont entreprises pour réaliser des analyses in-situ et/ou « operando » pour une investigation au plus proche du temps réel. La microscopie électronique à balayage (MEB) offre un bon compromis en termes de résolution spatiale et permettant la réalisation d'études à l'échelle réelle des batteries développées en laboratoire.

Le projet DOME (Développement d'expériences de cyclage in-situ dans un micrOscope électronique à balayage pour l'étude de batteries M-ion en milieu Electrolyte liquide) a pour but de développer des expériences de cyclage in-situ en milieu électrolyte liquide dans le microscope électronique à balayage environnemental (MEBE) pour étudier les modifications morphologiques et chimiques ayant lieu aux interfaces entre les matériaux actifs des électrodes et l'électrolyte liquide en étant au plus près de la configuration des systèmes utilisés en laboratoire ou commercialement. Ce travail passe par l'adaptation des cellules électrochimiques in-situ présentes au LRCS et/ou le développement de nouvelles ainsi que par la réalisation d'expériences de validation sur des systèmes modèles. Par la suite, l'utilisation de ces dispositifs permettra de suivre à des étapes clés du cyclage (in-situ) ou dans la mesure du réalisable en temps réel (operando) au cours du cyclage différentes modifications telles que des phénomènes d'expansion volumique d'électrode, de solubilisation-précipitation, de formation d'interphases d'électrolyte solide (SEI, CEI, …), de broyage électrochimique, … La connaissance de ces informations, de leur déclenchement temporel le tout lié à l'électrochimie permettra de mieux comprendre les paramètres limitants les performances électrochimiques des systèmes étudiés à l'échelle de la batterie complète et de mettre en place les procédures de remédiation appropriées.
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To meet new environmental challenges (reducing greenhouse gas emissions, improving air quality, etc.), increasingly stringent standards are being introduced at national and European level. In particular, they are encouraging car manufacturers to invest in low-emission technologies, including electric vehicles. in this context, energy storage systems (batteries) are becoming essential components in this transition. To enhance battery performance, numerous organic and inorganic materials for positive and negative electrodes, as well as for electrolyte (in the specific case of all-solid-state batteries), are being synthesized and studied. One of the crucial points of research is to determine their evolution during cycling, in order to understand their degradation mechanisms (chemical, structural, mechanical). In this context, studies are being undertaken to carry out in-situ and/or “operando” analyses for investigation as close as possible to real time. Among them, scanning electron microscopy (SEM) offers a good compromise in terms of spatial resolution, enabling full-scale studies of batteries developed in the laboratory.

The aim of the DOME project (Development of in-situ cycling experiments in a scanning electron micrOscope for the study of M-ion batteries in liquid Electrolyte media) is to develop in-situ cycling experiments in a liquid electrolyte environment using an environmental scanning electron microscope (SEME) to study the morphological and chemical changes taking place at the interfaces between the active electrode materials and the liquid electrolyte, as closely as possible to the configuration of systems used in the laboratory or commercially. This work involves adapting the in-situ electrochemical cells present at the LRCS and/or developing new ones, as well as carrying out validation experiments on model systems. Subsequently, the use of these devices will make it possible to monitor various modifications at key stages of cycling (in-situ), or as far as feasible in real time (operando), such as electrode volume expansion, solubilization-precipitation, formation of solid electrolyte interphases (SEI, CEI, ...), electrochemical grinding, and so on. ), electrochemical milling, etc. Knowledge of this information and its temporal triggering, all linked to electrochemistry, will enable us to better understand the parameters limiting the electrochemical performance of the systems studied on the scale of the complete battery, and to set up appropriate remediation procedures.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Picardie - Jules Verne

585 Sciences, Technologie, Santé

Nous recherchons pour cette thèse un(e) candidat(e) motivé(e) ayant de solides connaissances en chimie des matériaux, électrochimie. Une expérience préalable en microscopie électronique et logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur) (ex : Fusion 360, ...) sera hautement appréciée. La maîtrise de l'anglais, ainsi que des aptitudes à la rédaction et à l'expression orale, et la capacité à travailler en équipe sont vivement recommandées.
For this thesis, we are looking for a motivated candidate with a strong background in materials chemistry and electrochemistry. Previous experience in electron microscopy and CAD (computer-aided design) software (e.g. Fusion 360, ...) will be highly appreciated. Fluency in English, as well as good writing and speaking skills, and the ability to work in a team are highly recommended.