Doctorant (h/f) - thèse en science des matériaux et électrochimie

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant (H/F) - Thèse en science des matériaux et électrochimie
Référence : UMR7182-JUDMON-003
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : THIAIS
Date de publication : jeudi 17 avril 2025
Type de contrat : CDD Doctorant
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2025
Quotité de travail : Complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2200,00 € mensuel
Section(s) CN : 15 - Chimie des matériaux, nanomatériaux et procédés

Description du sujet de thèse

Titre : Développement d’hydrures métalliques légers comme matériaux d’électrode négative pour batterie protonique en électrolyte liquide ionique.

Contexte et objectifs
Les accumulateurs électrochimiques sont des dispositifs de choix pour la mobilité et constituent un verrou majeur pour la transition énergétique, leur amélioration étant rendue nécessaire par les besoins accrus de stockage. Parmi les familles d’accumulateurs, les dispositifs nickel-métal hydrure (Ni-MH) trouvent leurs principales applications dans les véhicules hybrides, les tramways et les outils portables. Ces batteries utilisent du KOH concentré comme électrolyte, ce qui les rend compétitives pour leur sécurité et leur faible coût. Toutefois, cet électrolyte pénalise le choix de matériaux pour ce type d’accumulateurs à cause de la corrosion qu’il entraîne, et limite intrinsèquement la densité d’énergie par la fenêtre électrochimique de l’eau.
Les liquides ioniques protiques, eux, autorisent une fenêtre électrochimique plus large, de l’ordre de 3 à 4 V. Leurs conductivités ioniques supérieures à 8 -1 à 25°C grâce aux protons mobiles permettent d’envisager leur utilisation comme électrolyte dans un accumulateur. Enfin, leur stabilité thermique au-delà de 100°C garantit la sécurité des systèmes développés à partir de cette technologie .
De premières études, dans la littérature et au sein du laboratoire dans le cadre du projet ANR H-BAT (https:///Projet-ANR-21-CE50-0030), ont démontré la preuve de concept de l’utilisation de matériaux classiques de type hydrure métallique AB5 (A : lanthanides ; B : métaux de transition) avec un électrolyte de type liquide ionique protique. Cependant, ces intermétalliques sont d’une part riches en lanthanides, matière première stratégique et critique, et ils ont d’autre part une capacité spécifique limitée du fait de leur masse molaire élevée. L’objectif de la présente thèse sera donc de développer d’autres familles de matériaux qui respectent les critères suivants : i) sans lanthanide ; ii) avec une capacité spécifique élevée et iii) pouvant cycler électrochimiquement en milieu liquide ionique protique.
Méthodologie et missions du doctorant
Comme explicité, la thèse proposée se focalise sur la partie électrode négative et sur l’interaction électrode-électrolyte. Le but sera de pouvoir utiliser comme électrode négative, en milieu liquide ionique protique, des alliages de grande capacité spécifique qui sont impossibles à développer en milieu KOH à cause de la corrosion. Le travail de thèse consistera donc dans un premier temps à élaborer des alliages pouvant absorber de l’hydrogène et de les caractériser d’un point de vue physico-chimique et thermodynamique. Puis, leur comportement électrochimique sera étudié en milieu liquide ionique protique : capacité de cyclage, interactions et vieillissement.
Les missions de la personne recrutée pour le doctorat seront les suivantes :
-Synthétiser des alliages hydrurables légers (par exemple dans le système TiNi ou dans le système YB3 (B = Ni, Fe, Mn) par élaboration métallurgique (métallurgie des poudres, fusion par induction, fusion à l’arc, etc., en fonction de la famille d’alliages)
- Caractériser les alliages élaborés d’un point de vue physico-chimique (DRX, EPMA, MEB, MET si besoin) et mesurer leurs propriétés thermodynamiques de sorption de l’hydrogène.
-Tester le comportement électrochimique en cyclage galvanostatique de ces alliages, dans un électrolyte à base de liquide ionique protique, en optimisant les conditions expérimentales. Un électrolyte alcalin sera également utilisé comme référence. Les électrolytes liquides ioniques sont développés par le LRS (Laboratoire de Réactivité de Surface - https://, partenaires de l’ANR H-BAT, et seront synthétisés dans ce laboratoire.
- Etudier les interactions entre le liquide ionique et les matériaux d’électrode négative présentant des résultats en cyclage intéressants (caractérisation de l’électrode et de l’électrolyte après cyclage, étude de la corrosion calendaire de l’alliage en stockage dans l’électrolyte sans cyclage électrochimique, étude des mécanismes d’absorption de l’hydrogène dans le matériau, .
-Etudier l’intégration des matériaux développés dans un prototype complet de batteries en couplant le matériau d’électrode négative développé, un électrolyte liquide ionique et un matériau d’électrode positive développé par le troisième partenaire de l’ANR H-BAT, l’ICMCB (Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux -
Intérêt du sujet
Le projet dans lequel s’inscrit la thèse proposée vise à établir un nouveau concept de batterie, il s’agit donc d’un challenge scientifique de taille, qui a pour but à long terme de répondre à un enjeu de société majeur : l’augmentation des besoins de stockage de l’énergie dans le cadre de la transition énergétique. C’est également l’opportunité d’acquérir un vaste panel de compétences : maîtrise d’outils expérimentaux à la fois en science des matériaux et en électrochimie, communication dans des communautés d’experts et vulgarisation scientifique, gestion d’un projet de longue durée (la thèse) et enfin participation à un projet collaboratif entre plusieurs équipes de recherche.
Profil recherché
•Niveau d’études BAC + 5 (diplôme d’ingénieur ou Master 2 recherche) avec une spécialité en Sciences des matériaux (ou métallurgie) et un parcours d’excellence. Le suivi d’enseignements en électrochimie et/ou de matériaux pour l’énergie (batteries, sera un plus.
•Goût pour le travail expérimental, autonomie, rigueur, prise d’initiative
•Maîtrise de l’anglais oral et écrit.

Pour candidater, envoyer un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de master et/ou école d’ingénieur ainsi que les noms de deux références (encadrants de stage ou de projets d’étude) via le portail emploi du CNRS

Contexte de travail

La thèse se déroulera à l’Institut de Chimie et des Matériaux de Paris-Est (Thiais, et est financée dans le cadre du projet ANR-France 2030 HTASE (Hydrogène et Technologies Avancées des Systèmes Energétiques pour une Energie durable en Île-De-France, ANR-23-CMAS-0030). L’ICMPE est une Unité mixte de recherche (UMR 7182) du CNRS et de l’Université Paris-Est Créteil (UPEC). Notre laboratoire développe une recherche originale et innovante dans les domaines de la chimie et de la science des matériaux, ainsi qu’aux interfaces avec la physique, l’ingénierie et la biologie, de manière à répondre aux grands défis sociétaux dans les thématiques transverses de l’énergie, le transport, l’environnement, le développement durable et la santé.
Au sein du département M2I (Métallurgie et Matériaux Inorganiques), la thèse se tiendra dans le groupe IHM (Interaction Hydrogène Matière). Elle sera co-dirigée par Judith Monnier (Pr UPEC) et par Junxian Zhang (IR CNRS) et co-encadrée par Valérie Paul-Boncour (DR CNRS).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.