Thèse en cours

Frittage rapide (Flash sintering) des céramiques conductrices ioniques et mixtes (électronique-ioniques) pour application dans les batteries tout solide
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Auteur / Autrice : Timothée Fabre
Direction : Marlu-César Steil
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : 2MGE - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Date : Inscription en doctorat le 01/04/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-Chimie des Matériaux et des Interfaces.

Mots clés

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Résumé

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Aujourd'hui dans le monde, un effort considérable est consacré au développement de batteries tout solide inorganiques (BTSI) qui offrent une sécurité et une densité énergétique supérieures à celles des batteries Li-ion classiques. La fabrication d'une BTSI correspond à l'assemblage de multi-matériaux par co-frittage qui doit tenir compte de plusieurs verrous techniques et scientifiques : matériaux compatibles en termes de 'fenêtres de frittage' (compatibilité chimique, température de frittage et coefficient de dilatation thermique) ; interfaces cohésives et intimes entre les matériaux pour assurer une bonne tenue mécanique et obtenir une faible impédance pour le transfert de charge interfacial ; une batterie autosupportée à haute capacité surfacique. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de démontrer la faisabilité de l'assemblage d'un prototype fonctionnel de BTSI Li-ion grâce à une nouvelle méthode de frittage ultra- rapide nommée (Electrochemical) Flash Sintering (EFS) qui permet une densification complète de la préforme en quelques secondes. Cela ouvrirait de nouvelles voies pour le développement de BTSI sûres et à haute densité d'énergie. Le frittage Flash apporte une perspective différente dans la sélection des matériaux pour le frittage d'un multicouche. En effet, le premier critère du frittage flash est le comportement électrique : la conductivité de chaque matériau détermine les conditions de frittage. Ce raisonnement est essentiel pour l'optimisation des procédés de fabrication des BTSI dans lesquels plusieurs couches de céramique sont assemblées. Ce projet propose le développement d'un procédé prometteur grâce à une approche fondamentale couplant la présélection et la synthèse des matériaux, la compréhension des mécanismes électrochimiques et physico-chimiques régissant le chauffage, la formation d'interfaces et la densification. Le sujet de thèse sera centré sur la fabrication de BTSI en une seule étape par EFS, grâce au contrôle du phénomène de flash (emballement thermique) et l'exploration des relations entre température initiale, microstructure, conductivité et production de chaleur par effet Joule.