Titre : Etude de la réactivité de surface de matériaux d

Titre : Etude de la réactivité de surface de matériaux d’électrode
modèles de la famille des oxydes de lithium lamellaires :
approche couplée expérience/théorie
Type de contrat : Thèse
Mots clés : réactivité, surface, XPS, oxyde lamellaire, Lithium, calculs DFT+U
Laboratoire d’accueil et ville : IPREM-ECP, Pau
Laboratoire partenaire et ville : ICMCB, Pessac
Durée et date de début souhaitée : 36 mois (début : 01/10/2014)
Informations générales :
Ce sujet de thèse financée pour moitié par le Réseau pour le Stockage électrochimique de l’énergie
(RS2E) et pour moitié par le Conseil Général des Pyrénées Atlantiques concerne l’étude de la réactivité
de surface de matériaux modèles d’électrode de la famille des oxydes de lithium lamellaires. Il propose
de développer une stratégie couplant expérience et théorie s’appuyant sur les compétences de l’équipe
de chimie physique de l'IPREM (Pau) et de l'équipe "Energie : Matériaux et Batteries" de l'ICMCB
(Bordeaux) pour étudier la réactivité d’oxydes de lithium lamellaires de type LiMO2. Depuis son origine
en 2010, ces deux laboratoires participent au réseau français sur le stockage électrochimique de
l'énergie (RS2E). Les apports de l’Equipe de Chimie Physique aux problématiques scientifiques du
RS2E reposent sur un cœur de compétences reconnues en chimie théorique et chimie physique qui sert
de support à des études de systèmes chimiques complexes, en particulier de leurs propriétés et de leur
réactivité, avec une spécificité autour des surfaces et interfaces. L'équipe "Energie : Matériaux et
Batteries" de l'ICMCB possède une longue et vaste expérience des oxydes lamellaires lithiés d'éléments
de transition, allant de leur synthèse à leurs caractérisations physique et structurale et à l'étude de leurs
propriétés électrochimiques.
Description du poste :
Ce projet de thèse concerne l’étude de la réactivité de surface de matériaux modèles d’électrode de la
famille des oxydes de lithium lamellaires. Dans ce cadre, une stratégie couplant expérience et théorie a
été développée au sein de l’équipe de chimie physique de l'IPREM, en lien avec l'équipe "Energie :
Matériaux et Batteries" de l'ICMCB pour les matériaux, pour étudier la réactivité d’oxydes de lithium
lamellaires de type LiMO2 et, en particulier, pour identifier les sites actifs de surface qui jouent un rôle
important dans les réactions parasites avec l’électrolyte. Ces réactions souvent invoquées pour justifier
les phénomènes limitant les performances de ces batteries demeurent encore mal connues. Au plan
expérimental, l’adsorption contrôlée de sondes gazeuses comme SO2 couplée à la spectroscopie
photoélectronique à rayonnement X (XPS) permet d’identifier et de caractériser les sites actifs à la
surface du matériau étudié. Au niveau théorique, les approches périodiques de type théorie de la
fonctionnelle de la densité (DFT) constituent un outil complémentaire de choix qui permet d’approfondir,
à l’échelle atomique, la compréhension des propriétés structurales et électroniques des surfaces des
matériaux étudiés et de caractériser leur réactivité, en distinguant d’un point de vue thermodynamique,
les processus redox et acide-base. Cette stratégie a montré son efficacité dans le cas d’un matériau
LiCoO2 avec enrobage d’alumine, pour lequel nous avons montré que le remplacement des atomes de
cobalt par des atomes d’aluminium conduit à une diminution de réactivité liée à des processus
d’adsorption différenciés de SO2, acide-base ou redox. La même stratégie sera appliquée pour
approfondir la compréhension de la réactivité de surface des matériaux type LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC)
Les travaux de la thèse s’appuieront sur la synthèse et la caractérisation de composés modèles sur
lesquels les sondes gazeuses seront adsorbées. En effet, l’obtention de surfaces bien définies constitue
un enjeu fondamental pour préciser certains résultats obtenus au niveau théorique avec des méthodes
de type DFT+U.
Profil du candidat :
Le candidat devra posséder un socle de connaissances solide en chimie et chimie-physique des
matériaux et des connaissances en chimie théorique. Il devra être apte à travailler en équipe et
être capable de s’adapter à différents environnements. Le candidat doit être titulaire d’un Diplôme
de master recherche avec une formation dans le domaine des matériaux. Une expérience en
modélisation serait appréciée.
Contact:
Isabelle Baraille (IPREM) : [email protected]
Michel ménétrier (ICMCB) : [email protected]

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