Thèse Matériaux Organiques Supramoléculaires pour la Conduction des Cations à l'État Solide H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne
École doctorale : Sciences, Technologie, Santé
Laboratoire de recherche : LRCS - Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides
Direction de la thèse : Matthieu BECUWE ORCID 0000000219493955
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Le projet de thèse MOSICON a pour objectif d'explorer un concept très innovant d'électrolyte à base de matériaux hybrides pour la conduction des cations à l'état solide. Il se base sur la construction d'architecture supramoléculaire organisée, résultante de l'association d'un composé moléculaire doté avec et d'un sel inorganique. Ainsi, le projet MOSICON vise à i) explorer plus finement cette nouvelle famille de matériaux conducteurs ioniques, ii) à comprendre l'influence de la structure moléculaire sur les propriétés d'assemblage et de conduction ionique et iii) évaluer son potentiel applicatif en vue d'une intégration en batterie. La méthodologie proposée s'articule autour de trois axes de travail que sont la synthèse des précurseurs moléculaires, la formation d'assemblages supramoléculaires hybrides et la caractérisation de leurs propriétés électrochimiques en vue d'une utilisation dans une batterie tout-solide.

Alors que la transition mondiale vers la mobilité électrique s'accélère et que les efforts visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre issues de la production d'électricité s'intensifient, la demande en batteries rechargeables avancées, durables et sûres est devenue urgente.[1,2] Parmi les différentes options de stockage d'énergie, les batteries lithium-ion (LIB) dominent le marché, mais nécessitent encore des améliorations en termes de densité énergétique et de sécurité.[3] Certains composants atteignant leurs limites (matériaux d'électrode positive), les espoirs se tournent maintenant vers une évolution technologique et le basculement vers des batteries employant du lithium métallique comme électrode négative. L'utilisation de ce dernier à la place du graphite est une stratégie prometteuse pour améliorer la densité d'énergie, même si les électrolytes commerciaux traditionnels à base d'éther/ester présentent des risques importants pour la sécurité en raison de leur forte réactivité avec le lithium, de leur inflammabilité et de leur explosivité. En conséquence l'attention des chercheurs, et notamment de ceux du LRCS depuis une quinzaine d'années, se focalise sur le développement d'électrolytes solides, stables vis-à-vis du Li métal et dotés de propriétés de conduction ionique élevées.[4-6]
Le cahier des charges d'un électrolyte solide est très complet et doit satisfaire à de nombreuses exigences que ce soit en termes de performances électrochimiques (conductivité ionique, fenêtre de stabilité électrochimique, nombre de transport...) ou physico-chimiques (stabilité, flexibilité, mise en forme, interface...). Sans oublier l'impact environnemental (ACV, disponibilité des ressources, coût de transformation, recyclage...) qui devient de plus en plus prépondérant dans un contexte de changement climatique et de tensions géopolitiques.
A ce jour, de multiples types de matériaux peuvent être employés, aucun n'arrivant à remplir toutes ces conditions. D'un côté, on peut trouver les électrolytes issus de ressources minérales, qui ont une conductivité à température ambiante comprise entre 10-4 ~10-3 S.cm-1, une excellente stabilité thermique, une résistance mécanique suffisante et une large fenêtre de stabilité électrochimique. Cependant, leur manque de flexibilité entraîne une baisse de la conductivité ionique aux interfaces électrolyte/électrodes, ce qui limite leur application dans les batteries tout solide. A l'inverse, les électrolytes polymères présentent une bonne flexibilité physique et répondent aux enjeux environnementaux mais sont limités par leur conduction ionique, de l'ordre de 10-4 S.cm-1 à température ambiante lorsqu'ils sont utilisés sans solvant ou plastifiant.