Optimisation des interfaces Li métal/électrolyte pour les nouvelles générations d’accumulateur tout solide
Le CEA Tech Nouvelle-Aquitaine, créé en 2013, a mis en place, depuis plus de deux ans, un nouveau laboratoire sur le développement de matériaux et sur le criblage haut débit pour accélérer la découverte de matériaux pour les nouvelles générations d’accumulateurs au Li. Pour cela, le CEA Tech Nouvelle-Aquitaine a acquis différents équipements de dépôt sous vide (par pulvérisation, évaporation et couche atomique) intégrés en boite à gants et différents outils de caractérisations automatisées (MEB-EDX, profilomètre, DRX, LIBS et microscope confocal à venir).
L’interface entre le Li métal et l’électrolyte constituent l’un des principaux challenges à surmonter pour les nouvelles générations d’accumulateurs tout solide. Les réactions de décompositions à l’interface associées à un processus de dépôt/retrait des ions Li inhomogènes conduisent à une fin de vie prématurée des cellules. L’une des voies explorées pour la stabiliser est d’utiliser une couche de protection qui doit présenter une multitude de propriétés physico-chimiques. Dans ce contexte, ce projet interne CEA a pour objectif de mettre en place une méthodologie de synthèse combinatoire associée à de la caractérisation « haut-débit » pour accélérer la découverte de nouvelles couches de protection à l’interface Li métal/électrolyte.
Nous recherchons un(e) excellent(e) candidat(e) qui sera en charge de mettre en place toute la méthodologie, de la synthèse jusqu’aux caractérisations physico-chimiques et électrochimiques des matériaux. Elle/il aura à sa disposition des nouvelles infrastructures à l’état de l’art et collaborera avec d’autres laboratoires du CEA localisés au LITEN (Grenoble)
Mise au point de procédés innovants de métallisation pour la fabrication de structures d’interconnexions avancées de cellules solaires
La fabrication de cellules solaires performantes et à coût maîtrisé constitue un enjeu majeur, et mobilise de nombreuses équipes de recherches et industriels dans le monde. De nombreuses solutions technologiques sont actuellement développées et évaluées dans ce but. Ainsi, la limitation de l’ombrage des zones actives par les lignes de métal qui collectent le courant est-elle l’une des voies d’amélioration les plus prometteuses. Cette étude vise à mettre au point un nouveau procédé de fabrication de lignes métalliques étroites en utilisant un dépôt électrochimique en remplacement de la sérigraphie. Dans cette approche, le substrat conducteur est revêtu d’un masque isolant qui définit les lignes, et le métal est directement déposé par électrolyse, sélectivement sur les zones faiblement conductrices (c’est-à-dire les lignes). Les procédés seront à adapter en fonction de la nature des zones faiblement conductrices sur lesquelles devront être réalisés les dépôts électrolytiques.
Nouveaux Catalyseurs Carbonés Durables pour PEMFC
Le but du projet est de développer et de tester pour l’ORR, un matériau à base d’aérogel de graphène mésoporeux et graphitisé, présentant une structuration hiérarchique permettant un meilleur transfert de matière et des domaines graphitiques augmentant la durabilité et la conductivité du matériau final, et fonctionnalisé par des Pt-NPs.
Ces structures de graphène expansé développées à l’IRIG/SyMMES présentent des chimies de surfaces, des micro/méso/macro porosités dépendantes des méthodes de synthèses, fonctionnalisation et de séchage employées. L’objectif sera d’augmenter leur degré de graphitisation, et ensuite de déposer par voie chimique les Pt-NPs. Les propriétés électrocatalytiques de ces matériaux seront ensuite testées.
La caractérisation méso-structurale avancée par diffusion de rayonnement de ces matériaux permettra de corréler propriétés structurales et propriétés catalytiques de ces nouveaux électro-catalyseurs en système pile à combustible. Ce gain de connaissance passera par des analyses ex-situ, mais aussi operando.
Modélisation thermodynamique des oxydes complexes pour les capteurs intelligents
La recherche de matériaux plus efficaces suit un schéma qui a très peu changé au fil des ans, impliquant des phases peu automatisées de synthèse et de caractérisation. Bien que ce schéma ait prouvé sa force dans la création de bases de connaissances, il reste inefficace car il est chronophage et couvre généralement une gamme réduite de compositions. Le projet Hiway-2-mat (https://www.pepr-diadem.fr/projet/hiway-2-mat/) vise à utiliser des approches combinatoires à haut débit et à développer des configurations autonomes pour explorer les espaces de composition des matériaux d'oxyde complexes, dans le but d'accélérer la découverte de matériaux pour les capteurs intelligents. Dans ce contexte, la méthode CALPHAD est un outil précieux pour l'exploration des matériaux, car elle peut fournir des informations sur le rôle de l'état d'oxydation ou de la pression partielle de l'oxygène sur la stabilité de la phase, et sur le degré de substitution des éléments dopants dans une matrice d'oxyde. L'objectif est de calculer les diagrammes de phase d'oxydes complexes à partir des bases de données disponibles, soit pour mieux préparer les expériences combinatoires, soit pour piloter le robot autonome à la volée, en fournissant des informations supplémentaires pour la caractérisation en ligne.
Votre rôle sera de:
1)Effectuer des simulations thermodynamiques en utilisant la méthode CALPHAD et le logiciel Thermo-Calc pour prédire la gamme de stabilité d'un ensemble d'oxydes complexes (Ba/Ca/Sr)(Ti/Zr/Sn/Hf)O3 à différentes températures et pressions partielles d'oxygène. Le candidat effectuera également un examen critique des données thermodynamiques disponibles dans la littérature.
2)Inclure des éléments clés dans la base de données disponible.
3)Développer une méthode de screening rapide pour rechercher les compositions les plus prometteuses.
4)Collaborer avec l'équipe de développement de la plateforme expérimentale pour orienter les futurs essais.