Thèse Design Synthèse et Caractérisations Électrochimiques de Matériaux Organiques Conjugués en Tant que Liants d'Électrodes Positives de Batteries Haute Tension. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Tours École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Laboratoire de recherche : Physico-Chimie des Matériaux et des Electrolytes pour l'Energie Direction de la thèse : Badr JISMY ORCID 0000000315530189 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59 Au cours des dernières décennies, les batteries lithiumion (LIB) se sont imposées comme une technologie incontournable dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie. Cependant, le développement de dispositifs de haute densité d'énergie /puissance demeure un défi majeur, car de nombreux obstacles doivent être surmontés. L'optimisation de l'énergie repose notamment sur l'amélioration de la capacité spécifique des matériaux actifs et de la tension du dispositif. Si d'importants efforts de recherche ont été consacrés à la modification et à la conception structurelle des matériaux actifs d'électrode, les liants polymères utilisés dans la formulation des électrodes ont, en comparaison, fait l'objet de beaucoup moins d'attention. Pourtant, ces derniers jouent un rôle déterminant en assurant à la fois l'intégrité mécanique des électrodes et leur stabilité électrochimique au cours du cyclage. Les liants polymères commerciaux conventionnels n'assurent qu'une fonction mécanique ; en revanche, le développement de polymères multifonctionnels, capables de combiner conductivités électronique et ionique, ouvre des perspectives prometteuses pour améliorer les cinétiques de transport / transfert de charges, et ainsi accroître les performances en puissance des batteries.
L'objectif de cette thèse est d'exploiter pleinement le potentiel des polymères conjugués semi-conducteurs (PCS), largement étudiés dans le domaine de l'optoélectronique, en intégrant au sein d'un même matériau organique quatre propriétés complémentaires : l'adhérence au collecteur de courant, la conductivité électronique et ionique, ainsi que l'activité redox réversible liée à la présence de sites électroactifs. Cette approche vise à améliorer les résistances d'interface, la cinétique de transport des ions lithium au sein de l'électrode et le transfert électronique entre le matériau actif et le collecteur métallique. Par ailleurs, la possibilité de s'affranchir de liants fluorés conventionnels (PVDF) constitue un enjeu majeur en vue de développer des dispositifs plus respectueux de l'environnement et plus aisément recyclables. Ces batteries lithium-ion performantes et à faible impact environnemental ouvrent ainsi la voie à de nouvelles avancées dans le domaine des dispositifs de stockage d'énergie.
Dans ce contexte, le doctorant recruté sera chargé 1) de la conception et de la synthèse (couplages croisée type Suzuki-Heck-Stille, ...) de nouveaux PCS intégrant des chaînes linéaires à base d'éthylène glycol ; 2) leur caractérisation électrochimique (CV, GCPL, EIS, etc.) en cellules Swagelok et piles bouton. En outre, les Polymères synthétisés pourront également être étudiés et valorisés dans le cadre de dispositifs optoélectroniques émergents du type transistors électrochimiques organiques (OECT) et générateurs thermoélectriques (OTE) dont les encadrants sont aussi spécialistes. Au cours des dernières décennies, les batteries lithiumion (LIB) se sont imposées comme une technologie incontournable dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie. Cependant, le développement de dispositifs de haute densité d'énergie /puissance demeure un défi majeur, car de nombreux obstacles doivent être surmontés. L'optimisation de l'énergie repose notamment sur l'amélioration de la capacité spécifique des matériaux actifs et de la tension du dispositif. Si d'importants efforts de recherche ont été consacrés à la modification et à la conception structurelle des matériaux actifs d'électrode, les liants polymères utilisés dans la formulation des électrodes ont, en comparaison, fait l'objet de beaucoup moins d'attention. Pourtant, ces derniers jouent un rôle déterminant en assurant à la fois l'intégrité mécanique des électrodes et leur stabilité électrochimique au cours du cyclage. Les liants polymères commerciaux conventionnels n'assurent qu'une fonction mécanique ; en revanche, le développement de polymères multifonctionnels, capables de combiner conductivités électronique et ionique, ouvre des perspectives prometteuses pour améliorer les cinétiques de transport / transfert de charges, et ainsi accroître les performances en puissance des batteries.
L'objectif de cette thèse est d'exploiter pleinement le potentiel des polymères conjugués semi-conducteurs (PCS), largement étudiés dans le domaine de l'optoélectronique, en intégrant au sein d'un même matériau organique quatre propriétés complémentaires : l'adhérence au collecteur de courant, la conductivité électronique et ionique, ainsi que l'activité redox réversible liée à la présence de sites électroactifs. Cette approche vise à améliorer les résistances d'interface, la cinétique de transport des ions lithium au sein de l'électrode et le transfert électronique entre le matériau actif et le collecteur métallique. Par ailleurs, la possibilité de s'affranchir de liants fluorés conventionnels (PVDF) constitue un enjeu majeur en vue de développer des dispositifs plus respectueux de l'environnement et plus aisément recyclables. Ces batteries lithium-ion performantes et à faible impact environnemental ouvrent ainsi la voie à de nouvelles avancées dans le domaine des dispositifs de stockage d'énergie.
Dans ce contexte, le doctorant recruté sera chargé 1) de la conception et de la synthèse (couplages croisée type Suzuki-Heck-Stille, ...) de nouveaux PCS intégrant des chaînes linéaires à base d'éthylène glycol ; 2) leur caractérisation électrochimique (CV, GCPL, EIS, etc.) en cellules Swagelok et piles bouton. En outre, les Polymères synthétisés pourront également être étudiés et valorisés dans le cadre de dispositifs optoélectroniques émergents du type transistors électrochimiques organiques (OECT) et générateurs thermoélectriques (OTE) dont les encadrants sont aussi spécialistes.