'Electrolytes autoréparants pour un stockage électrochimique tout-solide efficace & durable de l'énergie: Microbatteries 2.0'

'SelF-healIng electRolytes for an Efficient and SusTainable sOlid-state eNergy storagE: Microbatteries 2.0' (Acronym: FIRESTONE)

• Auteur / Autrice : Sarah Mostefa
• Direction : Patrice Rannou, Abderraouf Boucherif
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université de Sherbrooke
• 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

Mots clés libres

Stockage électrochimique tout-solide de l'énergie

Microbatteries en films minces (batteries intégrées sur puces)

Electrolytes autoréparables

Photolithographie: Résine conductrice ionique et photopatternable

Corrélations structure/propriétés de trans

Solid-state electrochemical energy storage

Thin-film microbatteries

Self-healing electrolytes

Photolithography: Photopatternable and ionically conducting resin

Multiscale structure/ionic transport properties

Résumé

Un défi scientifique et technologique contemporain et aigu lié à une réponse efficace à l'ODD N°7 de l'ONU consiste à impulser un changement de paradigme dans les dispositifs de stockage de l'énergie: Passer des batteries lithium-ion (reposant sur un électrolyte liquide ou gel) à des batteries dites tout-solides (avec des électrolytes (inorganique, polymère) solides). Au-delà des accélérateurs de développements technologiques que constituent les domaines du stockage stationnaire et de la mobilité électrique, le développement de microbatteries plus sûres et plus performantes est également (très) attendu pour répondre à la demande croissante d'électronique embarquée miniaturisée, par exemple, pour alimenter les objets connectés [Io(E)T) : Internet of (Every)Thing). Pour relever ce challenge, nous proposons de manière innovante de combiner ici pour la première fois (à notre connaissance) une nouvelle génération d'électrolytes organiques autoréparants et photopatternables (les SHPEs conçus, synthétisés et caractérisés au LEPMI) avec des microbatteries sur puce (assemblées au LN2) reposant sur des anodes en Silicium poreux. Les caractérisations avancées par diffusion et imagerie in-situ et operando des RX et neutrons de films minces de SHPE infiltrés dans des anodes en Si poreux et de microbatteries sur puces permettront réaliser les preuves de concepts du projet de recherche collaboratif exploratoire TRL 1->3/4 FIRESTONE, à la fois au niveau des matériaux électrolytiques mais aussi de celui des dispositifs de stockage d'énergie embarqués sur puces

A contemporary and acute scientific and technological challenge linked to addressing (in part) the UN SDG N°7 consists in shifting paradigm from lithium-ion battery (relying on a liquid or gel electrolyte) to solid-state battery (featuring (inorganic or polymer) solid-state electrolyte). Beyond stationary electrochemical energy storage and electric transportation key drivers, developing safer-by-design and higher performances microbatteries are also (very much) awaited to satisfy the increasing demand for miniaturized embarked electronics, e.g. to power Internet of (Every)Thing (Io(E)T) objects. To tackle this problem, we innovatively propose to combine here for the first time (to the best of our knowledge) a new generation of Self-Healing and Photopatternable organic Electrolytes (SHPEs designed, synthesized, and characterized at LEPMI) with on-wafer solid-state microbattery (assembled at LN2) relying on porous Silicon anodes. Performing in-situ and operando advanced X-ray and neutron scattering and imaging of SHPEs thin films infiltrated within porous Si Anodes and solid-state microbattery will allow for PoC demonstrations of the high-risk high-gain TRL 1->3/4 collaborative research project FIRESTONE both at the materials and energy storage device levels, respectively.