Synthèse et caractérisation de nouveaux carbones durs biosourcés pour les batteries au sodium // Synthesis and characterization of new biosourced hard carbons for sodium batteries

Les carbones durs biosourcés constituent une alternative prometteuse pour les anodes des batteries sodium-ion (SIB). Cette thèse vise à développer de nouveaux matériaux à partir de précurseurs végétaux tels que les tanins et les résines phénoliques, en explorant diverses formulations pour optimiser leurs propriétés physicochimiques. Grâce à une approche systématique par plans d'expériences, la thèse analysera l'influence des paramètres de synthèse sur la texture, la composition et la surface spécifique des carbones obtenus.

Un des défis majeurs des anodes à base de carbones durs réside dans la limitation des processus électrochimiques irréversibles. Pour y remédier, un traitement de surface par fluoration sera mis en œuvre. Une fluoration gaz/solide sera privilégiée afin d'optimiser le taux de greffage fluoré tout en minimisant la création de défauts. L'effet de cette modification sera évalué par analyses physicochimiques avancées et tests électrochimiques en demi-cellule Na-ion, afin de comparer les performances des carbones fluorés et non fluorés.

Cette recherche s'inscrit dans le cadre du projet COFLUENSS, qui ambitionne de développer des batteries sodium-ion tout solide intégrant des électrolytes polymères fluorés. En collaboration avec plusieurs laboratoires, cette thèse contribuera à la stabilisation des interfaces électrochimiques et à l'optimisation des matériaux actifs, avec pour objectif final une amélioration significative de la durée de vie et des performances des batteries sodium-ion.
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Biosourced hard carbons represent a promising alternative for sodium-ion battery (SIB) anodes. This thesis aims to develop new materials from plant-based precursors such as tannins and phenolic resins, exploring various formulations to optimize their physicochemical properties. Using a systematic design of experiments approach, the study will analyze how synthesis parameters influence the texture, composition, and specific surface area of the resulting carbons.

One of the major challenges of hard carbon anodes is limiting irreversible electrochemical processes. To address this, a surface fluorination treatment will be implemented. Gas-solid fluorination will be favored to optimize the fluorine grafting rate while minimizing defect formation. The impact of this modification will be assessed through advanced physicochemical analyses and electrochemical tests in Na-ion half-cells, comparing the performance of fluorinated and non-fluorinated carbons.

This research is part of the COFLUENSS project, which aims to develop all-solid-state sodium-ion batteries incorporating fluorinated polymer electrolytes. In collaboration with multiple laboratories, this thesis will contribute to stabilizing electrochemical interfaces and optimizing active materials, with the ultimate goal of significantly improving the cycle life and performance of sodium-ion batteries.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

Le/la candidat/e intégrera deux équipes de recherche spécialisées en sciences des matériaux, l'équipe « Matériaux biosourcés » de l'Institut Jean Lamour (IJL, UMR CNRS 7198), hébergée dans les locaux de l'ENSTIB à Epinal, et le groupe « Matériaux fluorés » de l'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF, UMR CNRS 6296). Il/elle devra avoir suivi en priorité une formation en chimie du solide ou en sciences des matériaux, mais des connaissances sur les batteries et les systèmes électrochimiques en générale seront particulièrement appréciées. Le/la candidat/e devra faire preuve d'une grande aisance avec les techniques analytiques modernes sur lesquelles il/elle sera formé/ée pour devenir rapidement autonome, et notamment approfondir les aspects physicochimiques impliqués (synthèse macromoléculaire, pyrolyse, broyage, conductivité électrique, techniques de traitement de surface, caractérisations physico-chimiques approfondies, mise en forme d'électrodes et tests électrochimiques). Il/elle devra se montrer dynamique, curieux/se et persévérant/e pour réaliser les multiples synthèses, caractérisations, tests et interprétations des résultats, et faire preuve de capacités à travailler en équipe et dans deux environnements scientifiques distincts.
The candidate will join two research teams specializing in materials science: the “Biosourced Materials” team at the Institut Jean Lamour (IJL, UMR CNRS 7198), housed in the premises of ENSTIB, in Epinal, and the “Fluorinated Materials” group at the Clermont-Ferrand Institute of Chemistry (ICCF, UMR CNRS 6296). He/she should have a very strong background in solid-state chemistry or materials science, but knowledge of batteries and electrochemical systems in general will be particularly appreciated. The candidate will have to demonstrate a great ease with the modern analytical techniques he/she will be trained in, to become quickly autonomous, and in particular, to deepen the physicochemical aspects involved (macromolecular synthesis, pyrolysis, grinding, electrical conductivity, surface treatment, in-depth physicochemical characterizations, electrode shaping and electrochemical testing). He/she will need to be dynamic, curious and persevering to carry out the multiple syntheses, characterizations, tests and interpretations of results, and demonstrate the ability to work in a team and in two distinct scientific environments.