Doctorant (H/F) - Thèse en science des matériaux et électrochimie

Sujet de thèse :
Titre : Développement d’hydrures métalliques légers comme matériaux d’électrode négative pour batterie protonique en électrolyte liquide ionique.

Contexte et objectifs
Les accumulateurs électrochimiques sont des dispositifs de choix pour la mobilité et constituent un verrou majeur pour la transition énergétique, leur amélioration étant rendue nécessaire par les besoins accrus de stockage. Parmi les familles d’accumulateurs, les dispositifs nickel-métal hydrure (Ni-MH) trouvent leurs principales applications dans les véhicules hybrides, les tramways et les outils portables. Ces batteries utilisent du KOH concentré comme électrolyte, ce qui les rend compétitives pour leur sécurité et leur faible coût. Toutefois, cet électrolyte pénalise le choix de matériaux pour ce type d’accumulateurs à cause de la corrosion qu’il entraîne, et limite intrinsèquement la densité d’énergie par la fenêtre électrochimique de l’eau.
Les liquides ioniques protiques, eux, autorisent une fenêtre électrochimique plus large, de l’ordre de 3 à 4 V. Leurs conductivités ioniques supérieures à 8 mS.cm-1 à 25°C grâce aux protons mobiles permettent d’envisager leur utilisation comme électrolyte dans un accumulateur. Enfin, leur stabilité thermique au-delà de 100°C garantit la sécurité des systèmes développés à partir de cette technologie .
De premières études, dans la littérature et au sein du laboratoire dans le cadre du projet ANR H-BAT (https://anr.fr/Projet-ANR-21-CE50-0030), ont démontré la preuve de concept de l’utilisation de matériaux classiques de type hydrure métallique AB5 (A : lanthanides ; B : métaux de transition) avec un électrolyte de type liquide ionique protique. Cependant, ces intermétalliques sont d’une part riches en lanthanides, matière première stratégique et critique, et ils ont d’autre part une capacité spécifique limitée du fait de leur masse molaire élevée. L’objectif de la présente thèse sera donc de développer d’autres familles de matériaux qui respectent les critères suivants : i) sans lanthanide ; ii) avec une capacité spécifique élevée et iii) pouvant cycler électrochimiquement en milieu liquide ionique protique.
Méthodologie et missions du doctorant
Comme explicité, la thèse proposée se focalise sur la partie électrode négative et sur l’interaction électrode-électrolyte. Le but sera de pouvoir utiliser comme électrode négative, en milieu liquide ionique protique, des alliages de grande capacité spécifique qui sont impossibles à développer en milieu KOH à cause de la corrosion. Le travail de thèse consistera donc dans un premier temps à élaborer des alliages pouvant absorber de l’hydrogène et de les caractériser d’un point de vue physico-chimique et thermodynamique. Puis, leur comportement électrochimique sera étudié en milieu liquide ionique protique : capacité de cyclage, interactions et vieillissement.
Les missions de la personne recrutée pour le doctorat seront les suivan
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