Thèse Électrolytes en Couches Minces Amorphes Pourquoi l'Ajout de Modificateurs de Réseau Améliore la Conductivité Ionique H/F

Université de Lille

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
Direction de la thèse : Olivier LAFON ORCID 0000000252144060
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-07T23:59:59

Contexte : Les électrolytes amorphes en couche mince, tels que ceux à base de LiPON, sont des composants indispensables des microbatteries, qui sont de plus en plus utilisées dans le secteur de la santé. Ils constituent également des revêtements prometteurs pour les électrodes des batteries à l'état solide. Cependant, l'une de leurs principales limitations est leur conductivité ionique modérée. Une approche prometteuse pour lever ce verrou consiste à incorporer d'autres modificateurs de réseau que le P, tels que le Si ou le B. Néanmoins, notre connaissance limitée de la structure à l'échelle atomique de ces matériaux amorphes, à l'exception du LiPON, restreint les possibilités d'amélioration raisonnée de leur conductivité à l'aide de cette stratégie. La caractérisation des films minces par spectroscopie RMN par exemple, est d'autant plus complexe que les éléments B et Si sont sensiblement plus difficiles à observer par cette technique que le P. Ce projet vise à surmonter ces obstacles et à comprendre comment la combinaison de différents modificateurs de réseau influence l'organisation structurale de ces électrolytes en couche mince et permet d'augmenter ainsi leur conductivité ionique.

Approche : Pour répondre à cette question, nous étudierons leur structure et leur dynamique à l'échelle atomique en combinant des techniques avancées de spectroscopie RMN à l'état solide et de dynamique moléculaire ab initio. Nous démontrerons en particulier la possibilité de détecter les isotopes 11B, 14N, 15N et 29Si dans ces films minces. Les gains en résolution et en sensibilité offerts par les champs magnétiques ultra-élevés (jusqu'à 28 T) du spectromètre RMN 1,2 GHz seront particulièrement utiles pour observer les noyaux quadripolaires avec un spin I > 1/2 (11B, 14N). Ces données expérimentales seront confrontées à des modèles structuraux et aux coefficients de diffusion des ions Li+ calculés par dynamique moléculaire ab initio.

Ce projet bénéficiera de l'utilisation des spectromètres RMN à très hauts champs (800, 900 MHz et 1,2 GHz) de la plateforme de caractérisation avancée de l'Institut Chevreul et des moyens de calcul de l'équipe de chimie théorique inorganique de l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes.