Thèse (H/F) : Vers de nouveaux électrolytes solides pour micro-dispositifs de stockage électrochimique

Sujet de thèse :
Les micro-dispositifs tout solide représentent une avancée significative dans le domaine des dispositifs miniaturisés de stockage de l'énergie (micro-batteries Li-ion, micro-supercondensateurs ou micro-condensateurs). Contrairement aux dispositifs « traditionnels », ils éliminent les électrolytes liquides au profit de matériaux solides, limitant les fuites et améliorant ainsi la sécurité, la durabilité et les performances. Schématiquement, l’électrolyte solide assure la conduction d’ions entre deux électrodes d’un micro-dispositif. Par exemple, il peut être déposé sous forme de gel photostructurable dans lequel un liquide ionique serait emprisonné ou sous forme d’un film mince d’un matériau présentant une conductivité ionique suffisante, ce qui est le point limitant des solutions actuelles. Cette conception permet une augmentation de la densité énergétique, une meilleure stabilité chimique et une résistance thermique accrue et surtout permette d’avoir une encapsulation d’un micro-dispositif de stockage durable. En conséquence, les micro-dispositifs tout solides offrent des avantages prometteurs pour les applications d’électroniques miniaturisées, comme les dispositifs médicaux implantables ou les systèmes de stockage d'énergie flexibles, i.e. pour l’alimentation énergétique de l’Internet des Objets. Bien que des défis subsistent, tels que la réduction des coûts de production, ces avancées suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel à répondre aux besoins croissants en stockage d'énergie efficace et compacte.
Contexte :
La thèse a pour but de fabriquer une nouvelle filière de micro-dispositifs tout solides efficaces à base de nouveaux électrolytes solides de MSC et MB permettant d’alimenter des capteurs (IoT).
Cette thèse s’articule en deux phases centrées d’une part sur la fabrication d’électrolytes solides pour les MSCs, de type ionogel/hydrogel ou dépôt de liquide ionique par CVD et sur le dépôt combinatoire de films minces par co-pulvérisation pour les MBs d’autre part. Elle viendrait donner une plus-value importante à la technologie des matériaux d’électrodes maitrisée par le binome UCCS / IEMN. Ce projet bénéficiera de l’environnement du RS2E, de l’équipeX+ Nanofutur, du PEPR batterie et du réseau RENATECH+.
A côté des micro-batteries (MBs), les micro-supercondensateurs (MSCs) sont des micro-dispositifs de stockage de l’énergie moins connus, mais très prometteurs car très rapides (t charge inférieur à 30 secondes) mais dont la maturité technologique reste à l’échelle du laboratoire malgré des recherches intenses depuis plus de 20 ans. Ainsi, à ce jour, il n’existe aucun micro-supercondensateur commercial alors que les micro-batteries au lithium (en technologie planaire) sont déjà disponibles auprès des industriels. Les Micro-batteries, comme les MSCs sont constitués de deux électrodes déposées en technologie couches minces séparés par un électrolyte qui con
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