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Matériaux de cathode issus du recyclage pour les cellules lithium-soufre au mécanisme quasi-solide

Défi technologique : Stockage électrochimique d'énergie dont les batteries pour la transition énergétique (en savoir +)

Département : Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire : Laboratoire Prototypage et Procédés Composants

Date de début : 01-10-2022

Localisation : Grenoble

Code CEA : SL-DRT-22-0816

Contact : sebastien.liatard@cea.fr

L'électrification massive de nos modes de transport prévue par la plupart des pays développés va engendrer une pression sans précédent sur l'approvisionnement en matériaux critiques pour les batteries, en premier lieu le cobalt et le nickel. De plus, l'impact écologique de l'exploitation de ces minerais pour les intégrer dans des électrodes de batterie Li-ion peut rendre la transition au tout-électrique couteuse en CO2. Dans cette thèse, il est proposé d'utiliser le soufre comme matériau d'électrode positive. Le soufre est très abondant sur la planète et nécessite très peu de ressource pour sa récupération. Pour diminuer encore l'impact écologique de la fabrication de ces batteries, cette thèse étudiera la possibilité d'exploiter des recyclats de pneus comme matériau de base pour la fabrication des électrodes positives. En plus de leurs avantages environnementaux, les cellules lithium-soufre (Li-S) permettent aussi d'atteindre de hautes densités d'énergie. Toutefois, le principal défaut de ces cellules est leur faible cyclabilité. Ceci est principalement dû à leur mécanisme de dissolution-précipitation. Une solution consiste à invoquer un mécanisme de type tout-solide à l'électrode positive grâce à l'utilisation d'un électrolyte adapté. Ces mécanismes sont très peu connus, un second volet de cette thèse consistera donc à étudier les mécanismes de décharge de la cathode, notamment en utilisant les grands instruments d'analyse disponibles sur le bassin grenoblois (Synchrotron, Neutrons), mais aussi en utilisant les compétences et équipements internes du CEA (MEB, TEM, XPS etc). La thèse s'inscrit aussi dans une volonté applicative, ainsi, l'objectif final de la thèse sera de fabriquer une cellule prototype, représentative d'un dispositif industrialisable.

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