researchJobsDoctoral Researcher (m/f) in Materials Science - Li-ion Batteries - Electrochemistry - Solid State Chemistry
Doctorant (H/F) en Sciences de Matériaux - Batteries Li-ion - Electrochimie - Chimie du Solide — Machine-translated title
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Description of the post
Subject of Thesis
Title:
New strategies around insert oxides for negative electrodes for Li-ion power batteries
Background and objectives:
The rapid development of electric mobility and stationary storage requires lithium-ion batteries capable of supporting very high load/discharge regimes, while maintaining an excellent service life and high level of safety. Graphite-based electrodes, although industrially dominant, have kinetic limitations and risks associated with the reduction of lithium in fast loads. The Wadsley-Roth (WRO) structural niobium oxides are promising candidates with an open crystallographic framework for rapid lithium diffusion. However, these compounds have two drawbacks. First, prolonged repetition of electrochemical processes can lead to structural fatigue (local distortion, accumulation of mechanical stresses) gradually altering capacity retention. Then their instability below 1 V effectively limits the storage capacity, theoretically very high. This thesis aims to go beyond the conventional approaches to optimising the chemical composition of WROs by exploring new electrode strategies to simultaneously improve mechanical stability, energy density and fast load performance.
Two original and complementary axes will be studied:
- Composite electrodes: the central hypothesis is the combination of two materials that can be electrically activated alternately can allow a mechanical relaxation window for WRO, temporarily reducing its lithium insertion and thus the accumulated stresses. Several insertion oxides will be considered, and it will be important to optimize the electrode formulation (proportions of the mixture, morphology of materials) to maximize the synergistic effect in terms of electrochemical performance.
- Thick electrodes: the objective is to produce self-carrying electrodes heavily densified by "Spark Plasma Sintering" (SPS) in order to increase the density of energy, while assessing the impact of architecture (thickness, density, gradients) on ion transport, polarization and mechanical holding.
Methodology and working environment:
The project will be based on close collaboration between the ICGM and LRCS laboratories, all within the framework of the Energy Electrochemical Storage Network. The PhD student will be enrolled at the Doctoral School of Chemical Sciences Balard, attached to Montpellier University. Much of the work will be done at ICGM, and regular and potentially important stays will be organized at the LRCS, according to the direction of the research project. The synthesis of materials, the formulations of composite electrodes will be carried out mainly at ICGM. SPS protocols for thick electrodes will be developed at the LRCS. Electrochemical evaluation can be carried out in both laboratories, with power tests, long-term cycling and rapid load protocols. A major emphasis will be placed on the diffraction of the X-rays operando. Synchrotron experiments can be carried out, in particular in ALBA (Spain).
Profile sought:
The candidate must hold a Master's degree 2 or equivalent degree in inorganic materials science, solid chemistry, electrochemistry applied to batteries.
Expected competencies:
Significant interest in battery materials and structural characterization, experimental autonomy and scientific rigor, ability to work in a collaborative environment, adaptability to the project at two geographically remote sites.
Appreciated competencies:
Electrochemistry (cell assembly, electrochemical evaluation, electrochemical impedance spectroscopy, etc.), solid-state synthesis, RX diffraction / structural analysis, data processing (Python, Matlab, etc.).
Your Working Environment
The project will be based on close collaboration between the ICGM and LRCS laboratories, all within the framework of the Energy Electrochemical Storage Network. The PhD student will be enrolled at the Doctoral School of Chemical Sciences Balard, attached to Montpellier University. Much of the work will be done at ICGM, and regular and potentially important stays will be organized at the LRCS, according to the direction of the research project. The synthesis of materials, the formulations of composite electrodes will be carried out mainly at ICGM. SPS protocols for thick electrodes will be developed at the LRCS. Electrochemical evaluation can be carried out in both laboratories, with power tests, long-term cycling and rapid load protocols. A major emphasis will be placed on the diffraction of the X-rays operando. Synchrotron experiments can be carried out, in particular in ALBA (Spain).
Constraints and risks
Research project to be conducted between two laboratories: ICG in Montpellier and LRCS in Amiens. Mobility to be foreseen during the doctoral course, depending on the progress of the scientific project.
Remuneration and benefits
Remuneration
The remuneration is a minimum of 2300,00 € monthly
Annual leave and TWU
44 days
Practice and compensation of TT
TT practice and compensation
Transport
Support at 75% cost and sustainable mobility package up to 300€
About the offer
Supply Reference UMR5253-ROMBER-005 Section(s) CN / Research Area Physical, theoretical and analytical chemistryAbout CNRS
The CNRS is a major player in fundamental research on a global scale. The CNRS is the only French organization active in all scientific fields. His unique position as a multi-specialist allows him to associate the different disciplines in order to face the most important challenges of the contemporary world, in connection with the actors of change.
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Research occupations
Machine translation (OPUS-MT) — the original text is authoritative
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Description du Poste
Sujet De Thèse
Titre :
Nouvelles stratégies autour des oxydes d’insertion pour électrode négative pour batteries Li-ion de puissance
Contexte et objectifs :
Le développement rapide de la mobilité électrique et du stockage stationnaire impose des batteries lithium-ion capables de supporter des régimes de charge/décharge très élevés, tout en conservant une excellente durée de vie et un haut niveau de sécurité. Les électrodes à base de graphite, bien que dominantes industriellement, présentent des limitations cinétiques et des risques associés à la réduction du lithium lors de charges rapides. Les oxydes de niobium de structure Wadsley–Roth (WRO) constituent des candidats prometteurs présentant une charpente cristallographique ouverte permettant la diffusion rapide du lithium. Ces composés ont cependant deux inconvénients. Tout d’abord, la répétition prolongée des processus électrochimiques peut induire une fatigue structurale (distorsions locales, accumulation de contraintes mécaniques) altérant progressivement la rétention de capacité. Ensuite leur instabilité en-dessous de 1 V limite de fait la capacité de stockage, théoriquement très élevée. Cette thèse vise à dépasser les approches classiques d’optimisation de composition chimique des WRO en explorant de nouvelles stratégies électrode pour améliorer simultanément stabilité mécanique, densité énergétique et performances en charge rapide.
Deux axes originaux et complémentaires seront étudiés :
- Électrodes composites : l’hypothèse centrale est la combinaison de deux matériaux pouvant être actifs électrochimiqument de manière alternée peut permettre une “fenêtre de relaxation mécanique” pour le WRO, en réduisant temporairement son insertion de lithium et donc les contraintes accumulées. Plusieurs oxydes d’insertion seront ainsi considérés, et il sera important d’optimiser la formulation d’électrode (proportions du mélange, morphologie des matériaux) pour maximiser l’effet synergétique en termes de performances électrochimiques.
- Électrodes épaisses : l’objectif est de produire des électrodes autoportées fortement densifiées par « Spark Plasma Sintering » (SPS) afin d’augmenter la densité énergétique volumique, tout en évaluant l’impact de l’architecture (épaisseur, densité, gradients) sur le transport ionique, la polarisation et la tenue mécanique.
Méthodologie et environnement de travail :
Le projet reposera sur une collaboration étroite entre les laboratoires ICGM et LRCS, le tout dans le cadre du Réseau sur le Stockage Electrochimique l’Energie. Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) auprès de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard, rattachée à l’Université Montpellier. Une grande partie du travail sera effectué à l’ICGM, et des séjours réguliers et pouvant être importants seront organisés au LRCS, selon l’orientation que prendre le projet de recherche. La synthèse des matériaux, les formulations d’électrodes composites s’effectueront principalement à l’ICGM. Le développement des protocoles SPS pour électrodes épaisses se fera au LRCS. L’évaluation électrochimique pourra être réalisée dans les deux laboratoires, avec tests de puissance, cyclage long terme et protocoles de charge rapide. Un accent majeur sera mis sur la diffraction des rayons X operando. Des expériences synchrotron pourront être réalisées, notamment à ALBA (Espagne).
Profil recherché :
Le/la candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou diplôme équivalent en sciences des matériaux inorganiques, chimie du solide, électrochimie appliquée aux batteries.
Compétences attendues :
Intérêt marqué pour les matériaux pour batteries et la caractérisation structurale, autonomie expérimentale et rigueur scientifique, capacité à travailler dans un environnement collaboratif, adaptabilité au regard du projet sur deux sites géographiquement éloignés.
Compétences appréciées :
Electrochimie (assemblage de cellules, évaluation électrochimique, spectroscopie d’impédance électrochimique, etc.), synthèse à l’état solide, diffraction RX / analyse structurale, traitement de données (Python, Matlab, etc.).
Votre Environnement de Travail
Le projet reposera sur une collaboration étroite entre les laboratoires ICGM et LRCS, le tout dans le cadre du Réseau sur le Stockage Electrochimique l’Energie. Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) auprès de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard, rattachée à l’Université Montpellier. Une grande partie du travail sera effectué à l’ICGM, et des séjours réguliers et pouvant être importants seront organisés au LRCS, selon l’orientation que prendre le projet de recherche. La synthèse des matériaux, les formulations d’électrodes composites s’effectueront principalement à l’ICGM. Le développement des protocoles SPS pour électrodes épaisses se fera au LRCS. L’évaluation électrochimique pourra être réalisée dans les deux laboratoires, avec tests de puissance, cyclage long terme et protocoles de charge rapide. Un accent majeur sera mis sur la diffraction des rayons X operando. Des expériences synchrotron pourront être réalisées, notamment à ALBA (Espagne).
Contraintes et risques
Projet de recherche à mener entre deux laboratoires : ICG à Montpellier et LRCS à Amiens. Mobilité à prévoir au cours du doctorat, en fonction de l'avancée du projet scientifique.
Rémunération et avantages
Rémunération
La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel
Congés et RTT annuels
44 jours
Pratique et Indemnisation du TT
Pratique et indemnisation du TT
Transport
Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€
À propos de l’offre
Référence de l’offre UMR5253-ROMBER-005 Section(s) CN / Domaine de recherche Chimie physique, théorique et analytiqueÀ propos du CNRS
Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.
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