Réseaux organométalliques (MOF) sur électrodes structurées en 3D à base de silicium pour une nouvelle génération de microsupercondensateurs

• Date de début : Septembre 2024

• Durée : 3 ans

• Laboratoires hôtes :

  • Laboratoire de Physicochimie des Polymères et Interfaces (LPPI, CY Cergy Paris Université, Cergy - FRANCE)

  • Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques (LISE, Sorbonne Université, Paris - FRANCE)

  • Centre de Nanosciences et Nanotechnologies (C2N, Université Paris Saclay, Saclay – FRANCE)

• Thème scientifique (Champs disciplinaires) : Stockage électrochimique de l’énergie (Electrochimie, Matériaux, Interfaces)

• Financement : Région Ile de France – DIM MaTerRE

• Formation attendue : Master 2 ou Ingénieur en Chimie et/ou Physicochimie.

• Compétences requises : Connaissances générales en chimie et physicochimie des matériaux, avec une expérience dans un ou idéalement plusieurs des domaines suivants : électrochimie, lithographie, systèmes de stockage électrochimique de l’énergie.

Contexte

Les appareils électroniques portables autonomes sont de plus en plus déployés dans des secteurs aussi variés que les transports, les bâtiments, l’industrie ou encore la santé. Pour assurer leur alimentation électrique, les microsupercondensateurs (MSC) sont des dispositifs miniaturisés de stockage d’énergie cruciaux pour éviter de sur-dimensionner les batteries. Cependant, ils doivent encore être améliorés, notamment au niveau de leur énergie spécifique, pour répondre à une utilisation commerciale.

Description du sujet

L’objet du projet de thèse proposé est de relever ce défi avec le développement d'une nouvelle génération de MSC basés sur des électrodes tridimensionnelles à base de réseaux organométalliques (en anglais : Metal Organic Framework, MOF) comme matériau actif pour le stockage de charges. De plus, des procédés adaptés à la production de masse seront utilisés.

Le projet est organisé autour des 4 axes suivants :
- (i) micro/nanostructurer tridimensionnellement des substrats en silicium par des processus de lithographie compatibles avec une production de masse (contrôler le facteur de forme, optimiser la surface développée)
- (ii) synthétiser et déposer de façon conformale par voie électrochimique in situ des réseaux organométalliques sur ces substrats (varier la nature chimique et l’épaisseur)
- (iii) étudier les mécanismes de stockage de charge de ces matériaux par des techniques électrochimiques couplées avancées (électrogravimétrie (AC-EQCM), AFM-électrochimie (EC-AFM))
- (iv) élaborer et caractériser des microsupercondensateurs (capacitance, différence de potentiel, énergie et puissance spécifique, cyclabilité).
Dans ce projet multidisciplinaire, le doctorant sera inscrit à l’Ecole Doctorale Science et Ingénierie de CY Cergy Paris Université et effectuera ses travaux de recherche au sein des trois laboratoires LPPI (CYU), LISE (SU) et C2N (UPS) dans la cadre d’une thèse en co-direction. Il/Elle développera des compétences en électrochimie (formation et caractérisations de matériaux, étude des mécanismes de stockage des charges, élaboration et caractérisation de dispositifs), procédés technologiques de micro/nanofabrication, caractérisations chimiques et structurales.

Profil du candidat

Chimiste ou physicochimiste des matériaux avec une expérience soit en électrochimie, soit en lithographie, soit dans le domaine des systèmes de stockage de l’énergie.

Compétences principales

Connaissances générales en chimie, physicochimie, électrochimie, procédés de microfabrication (lithographie, dépôt phase vapeur), caractérisation microscopique (MEB-EDX, AFM) et spectroscopique (UV-Vis, FTIR, Raman).

Compétences complémentaires

Esprit de synthèse, rigueur et ouverture d’esprit, bonne communication orale et écrite.
 

Personnes à contacter et/ou pour candidater: Envoyer CV+Lettre de motivation+Lettre de recommandation + Relevé de notes M1 et M2

• Dr. Philippe Banet (philippe.banet@cyu.fr)