Sujet de stage / Master 2 Internship

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Criblage par radiolyse d'électrolytes pour les batteries lithium-ion

Spécialité : / CHIMIE

Contact : LE-CAER Sophie,
e-Mail : sophie.le-caer@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 15 58
Laboratoire : NIMBE/LIONS

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 13/04/2018

Résumé :
Le vieillissement des batteries lithium-ion est un problème sociétal important. Nous avons montré que la radiolyse permet de simuler très rapidement (en quelques heures) le vieillissement des électrolytes. Nous proposons ici d'utiliser la radiolyse pour cribler divers électrolytes, et étudier leurs comportements.

Sujet détaillé :
L'épuisement des combustibles fossiles et les problèmes liés à l'environnement en raison de l'utilisation intensive de combustibles fossiles créent une situation pressante pour trouver d'autres mécanismes de stockage, dans lesquels la batterie lithium ion (BLI) pourrait être considérée comme un dispositif de stockage d'énergie portable raisonnable et plus vert, grâce notamment à ses avantages tels que son faible poids, une tension de fonctionnement élevée et une capacité théorique élevée. Les BLIs se composent généralement d'une anode carbonée et d'une cathode d'oxyde de métal de transition. Les électrolytes commerciaux contiennent généralement un sel conducteur, tel que l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), dissous dans un mélange de carbonates linéaires (présentant une faible constante diélectrique et une faible viscosité) et cycliques (possédant une grande constante diélectrique et une grande viscosité). Il est bien connu que la capacité de ces batteries est généralement limitée au marché de l'électronique portable et n'est pas encore suffisamment adaptée aux véhicules électriques et aux réseaux intelligents à grande échelle en raison des limitations imposées par les électrodes et des problèmes de sécurité liés aux électrolytes. En effet, les phénomènes de vieillissement réduisent considérablement la durée de vie des BLIs et conduisent à la production de composés dangereux. Au cours des dernières années, de nombreux efforts ont été consacrés à l'amélioration de la stabilité des électrolytes. Par conséquent, l'étude des mécanismes de vieillissement et de dégradation dans les BLIs est un problème urgent.
Une méthode de criblage rapide, permettant une analyse approfondie et globale du comportement du système, permettra d'identifier le système optimal en termes de durée de vie et de sécurité. Nous avons récemment démontré que la radiolyse (c'est-à-dire la réactivité chimique induite par l'interaction entre la matière et les rayonnements ionisants) offre une solution élégante à ces problèmes, car c'est un outil puissant pour l'identification rapide (minutes à jours car elle accélère fortement les processus de vieillissement) des espèces produites par la dégradation d'un électrolyte de batteries après plusieurs semaines à mois de cyclage. En effet, les espèces hautement réactives créées dans la solution irradiée sont les mêmes que celles obtenues lors de l'électrolyse en utilisant des solvants similaires. Ainsi, l'approche "radiolyse" est une méthode très appropriée pour se concentrer sur les phénomènes de vieillissement de différents électrolytes et, ensuite, sur leur réactivité, dans le but de trouver l'électrolyte le plus approprié .
Au cours de ce stage, nous proposons d'examiner différents électrolytes pour identifier le plus robuste en radiolyse, sachant que l'électrolyte résistant aux rayonnements ionisants résistera à l'électrolyse. À cette fin, des techniques de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse seront utilisées. La réactivité des systèmes les plus prometteurs sera étudiée en détails en utilisant des techniques de radiolyse pulsée qui donnent accès à des données spectrales résolues dans le temps. Enfin, des additifs sont habituellement utilisés dans les électrolytes, car ils sont connus pour polymériser. Les différentes étapes des réactions de polymérisation seront également étudiées par radiolyse pulsée.
Techniques utilisées au cours du stage :
chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse radiolyse pulsée

Mots clés : chimie physique

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