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Présentation de l'équipe

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Les systèmes de stockage et de transformation électrochimiques de l'énergie ont de très nombreuses applications, depuis la micro-électronique (ex : cartes à puce sécurisées) jusqu'aux sources d'alimentation autonomes, en passant par l'électronique portable (ex : téléphones, ordinateurs, outils de puissance), la traction électrique (ex : véhicules électriques ou hybrides), et le stockage des énergies renouvelables intermittentes.

L'équipe intitulée « Stockage et Transformation Electrochimiques de l'Energie (ST2E) » rassemble les compétences de l'IMN dans les domaines du stockage de l'énergie (accumulateurs au lithium et supercondensateurs), de la transformation de l'énergie (piles à combustible SOFC, PCFC et électrolyseurs à haute température) et des modélisations couplées à des spectroscopies (XAS, EELS, RMN). Nous regroupons actuellement 20 chercheurs et enseignant-chercheurs permanents, et 30-35 doctorants et post-doctorants sur les thématiques :

  • Batteries au lithium
  • Supercapacités
  • Piles à combustibles et électrolyseurs
  • Spectroscopies et modélisations

Notre équipe développe une recherche fondamentale et appliquée en collaboration académique et/ou industrielle aux niveaux régional, national, européen et international (voir « collaborations », plus bas). Dans le domaine du stockage et de la transformation de l'énergie, l'enjeu commun consiste à améliorer les performances énergétiques, la fiabilité, la durée de vie et la sécurité des systèmes en cours de développement ou commercialisés, et à élargir la gamme de température d'utilisation, en modifiant les matériaux existants, en concevant de nouveaux matériaux et en contrôlant toutes les interfaces.

Nos objectifs sont de maintenir un équilibre entre les aspects très fondamentaux et les aspects appliqués et industriels répondant aux besoins socio-économiques à court-moyen terme. Nous avons le souci de mieux comprendre les relations entre les conditions de préparation, les caractéristiques des matériaux d'électrodes et d'électrolyte (composition, structure cristallographique, micro-structure, propriétés physico-chimiques et de surface) et leurs propriétés électrochimiques mesurées dans des conditions extrapolables à plus grande échelle.
Les directions de recherche explorées maintiennent un équilibre entre les aspects innovants (conception et synthèse de nouveaux matériaux), fondamentaux (mécanismes de synthèse, cristallochimie, propriétés physiques, contrôle de l'architecture des électrodes, mécanisme des réactions électrochimiques, modélisation, structures électroniques, ...) et appliqués (mise au point de prototypes de laboratoire, évaluation et optimisation des performances, ...). Le couplage entre modélisations et spectroscopies permet de caractériser de manière plus approfondie les matériaux étudiés, et d'accéder ainsi à une meilleure connaissance des mécanismes réactionnels.

La reconnaissance internationale de l'équipe est construite autour des points forts suivants :

  • la formulation et mise en forme d'électrodes composites, incluant la formulation en milieu aqueux, les négatives de silicium à longue durée de vie, et la caractérisation électrique à toutes les échelles,
  • la modification et caractérisation d'interfaces, incluant le suivi quantitatif du vieillissement par RMN, et le greffage moléculaire covalent et non covalent,
  • le développement de supercondensateurs plus performants à travers l'ingénierie des matériaux, des électrodes et des dispositifs couplée à une approche fondamentale combinant caractérisations in-operando et modélisation
  • le développement de générateurs électrochimiques innovants et efficaces s'appuyant sur l'usage de structures électroactives organiques à faible impact environnemental,
  • La recherche exploratoire de matériaux céramiques conducteurs ioniques (O2- ou H+) ou/et électroniques, la réalisation de cellules élémentaires de pile à combustible SOFC et PCFC, la caractérisation électrochimique des électrolytes et électrodes de piles à combustibles ou d'électrolyseurs fonctionnant à haute température,
  • la modélisation de spectroscopies, incluant l'interprétation du seuil K du lithium avec prise en compte des champs locaux, le développement de nouvelles méthodes d'analyse en utilisant les pertes proches, et l'intérêt démontré pour les analyses operando.
    
Collaborations internationales et rayonnement scientifique

L'équipe ST2E a mis en place un certain nombre de collaborations bien établies au niveau international :

Collaborations académiques

  • INRS-EMT, Canada (L. Roué, D. Guay)
  • EDF Karlsruhe, Germany (M. Marrony, P. Stevens)
  • Center for Nanotechnology and Molecular Materials, Wake Forest University, Winston-Salem, NC, USA (A. Lachgar)
  • University of Cambridge, UK (C.P. Grey)
  • San-Pablo University of Madrid, Spain (F. Garcia-Alvarado)
  • Theory of Condensed Matter, Cavendish Laboratory, Cambridge University, UK (C.J. Pickard)
  • TIT Tokyo, Japan (R. Kanno)
  • Technische Universiteit Delft, Netherlands (E. Kelder)
  • Université du Québec à Montréal, Canada (D. Bélanger)
  • Newcastle University, Australia (S.W. Donne)
  • Yamagushi University, Japan (M. Nakayama)
  • Yonsei University, South Korea (K.B. Kim)
  • Poznan Polytechnic University, Poland (E. Frackowiak, F. Béguin)
  • Computational Materials Physics, Univ. Wien (G. Kresse)
  • Physikalisch-Chemisches Institut der Universitaet Zuerich (A. P Seitsonen)

Collaborations industrielles

  • Armor
  • BatScap
  • DGA
  • Hutchinson
  • Renault
  • Saft
  • Solvay
  • Solvionics
  • ST Micro
  • Thalès TRT
  • Umicore

 

 Indicateurs d'activité scientifique

Notre recherche a donné lieu sur la période Janvier 2006 - Juin 2010 à :

  • 89 publications avec comités de lecture
  • 12 brevets
  • 54 conférences invitées
  • 108 communications orales dans des congrès
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