Topic description
Contexte : Les électrolytes amorphes en couche mince, tels que ceux à base de LiPON, sont des composants indispensables des microbatteries, qui sont de plus en plus utilisées dans le secteur de la santé. Ils constituent également des revêtements prometteurs pour les électrodes des batteries à l'état solide. Cependant, l'une de leurs principales limitations est leur conductivité ionique modérée. Une approche prometteuse pour lever ce verrou consiste à incorporer d'autres modificateurs de réseau que le P, tels que le Si ou le B. Néanmoins, notre connaissance limitée de la structure à l'échelle atomique de ces matériaux amorphes, à l'exception du LiPON, restreint les possibilités d'amélioration raisonnée de leur conductivité à l'aide de cette stratégie. La caractérisation des films minces par spectroscopie RMN par exemple, est d'autant plus complexe que les éléments B et Si sont sensiblement plus difficiles à observer par cette technique que le P. Ce projet vise à surmonter ces obstacles et à comprendre comment la combinaison de différents modificateurs de réseau influence l'organisation structurale de ces électrolytes en couche mince et permet d'augmenter ainsi leur conductivité ionique.
Approche : Pour répondre à cette question, nous étudierons leur structure et leur dynamique à l'échelle atomique en combinant des techniques avancées de spectroscopie RMN à l'état solide et de dynamique moléculaire ab initio. Nous démontrerons en particulier la possibilité de détecter les isotopes 11B, 14N, 15N et 29Si dans ces films minces. Les gains en résolution et en sensibilité offerts par les champs magnétiques ultra-élevés (jusqu'à 28 T) du spectromètre RMN 1,2 GHz seront particulièrement utiles pour observer les noyaux quadripolaires avec un spin I > 1/2 (11B, 14N). Ces données expérimentales seront confrontées à des modèles structuraux et aux coefficients de diffusion des ions Li+ calculés par dynamique moléculaire ab initio.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Background and motivation: Thin-film amorphous electrolytes, such as those based on LiPON, are at the heart of microbatteries, which are increasingly used in the health sectors. They also represent promising coatings for electrodes in solid-state batteries. However, one of their major limitations is their moderate ionic conductivity. A promising approach to circumvent this issue is to incorporate other network formers than P, such as Si or B. Nevertheless, our limited understanding of the atomic-scale structure of these amorphous materials, except for LiPON, restricts the possibilities for rationally improving their conductivity using this strategy. In particular, a major question is whether all the chemical elements are incorporated into the same phase or a separation between different amorphous phases occurs. Additional challenges in the characterisation of thin films by NMR spectroscopy arise from the fact that B and Si are more difficult to observe than P. This project aims to overcome these obstacles and understand how the combination of different network formers impact the atomic-scale structure of these thin-film electrolytes and thus increases their ionic conductivity.
Approach: To answer this question, we will probe the local environments of P, Si, N and B atoms and the mobility of Li+ ions using solid-state NMR spectroscopy. In particular, we will demonstrate the possibility of detecting 11B, 14N, 15N and 29Si in these thin films. The gains in resolution and sensitivity offered by ultra-high magnetic fields (up to 28 T) will be particularly useful to observe quadrupolar nuclei with spin I > 1/2 (11B, 14N). The experimental NMR data will be compared with structural models and diffusion coefficients for Li+ ions calculated by ab initio molecular dynamics.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Other public funding
Funding further details
ANR Financement d'Agences de financement de la recherche
En cliquant sur "JE DÉPOSE MON CV", vous acceptez nos CGU et déclarez avoir pris connaissance de la politique de protection des données du site jobijoba.com.