Contexte et objectifs

Les supercondensateurs ioniques et les microbatteries à film mince sont des technologies clés pour le stockage d’énergie intégré dans les systèmes microélectroniques. Malgré leurs performances prometteuses, la compréhension des courants de fuite et des phénomènes interfaciels reste un enjeu majeur pour améliorer leur fiabilité et leur stabilité.

Ce stage a pour objectif d’étudier l’influence du design géométrique des dispositifs (rapport périmètre/surface) et du choix des matériaux d’électrode (anode en cuivre versus titane) sur les propriétés de l’interface électrode/électrolyte et sur les courants de fuite. Les dispositifs étudiés sont des supercondensateurs ioniques et des microbatteries à film mince basés sur un électrolyte solide LiPON et un matériau de cathode LiCoO₂ (LCO).

Les composants sont fabriqués sur des plaques de silicium en salle blanche, à l’aide de procédés compatibles CMOS (dépôt PVD, lithographie, gravure). L’étude vise notamment à identifier l’origine dominante des chemins de fuite, en déterminant s’ils sont principalement liés à la périphérie des dispositifs (courant proportionnel au périmètre) ou au volume de l’électrolyte (courant proportionnel à la surface).

Travail proposé

Dans un premier temps, le/la stagiaire réalisera une revue bibliographique ciblée sur les courants de fuite, les interfaces électrochimiques et les dispositifs de stockage à électrolyte solide, en parallèle d’une formation aux différentes stations de mesure.

Il/elle sera ensuite en charge de la caractérisation électrochimique d’une série de supercondensateurs et d’une série de microbatteries, en utilisant principalement :

la chronoampérométrie, afin d’étudier la relaxation du courant sous polarisation à potentiel constant ;
la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) et la voltamétrie cyclique (CV), pour analyser la résistance d’interface et sa stabilité.
L’impact du matériau de l’électrode supérieure ainsi que de l’environnement de mesure (air ambiant, air sec, argon) sera également étudié. Une fois les conclusions établies pour les supercondensateurs, la même méthodologie sera appliquée aux microbatteries afin de comparer les résultats et d’évaluer l’influence spécifique de l’électrode positive sur les courants de fuite.

Une partie du travail portera enfin sur l’analyse et le traitement des données expérimentales, à l’aide d’outils de programmation scientifique tels que Python ou R.
  

• Étudiant(e) en Master 2 ou équivalent en école d'ingénieur (physique, science des matériaux, électrochimie, micro/nanotechnologies ou domaine proche)
• Intérêt marqué pour le stockage de l’énergie et les dispositifs à film mince
• Des bases en électrochimie et/ou en analyse de données seraient appréciées
• Curiosité scientifique, rigueur expérimentale et autonomie

Vous avez encore un doute ?

Nous vous proposons : 

• Un écosystème de recherche à la pointe, unique en son genre et dédié à des thématiques à fort enjeu sociétal,
• Une expérience sur une thématique à la pointe de l’innovation, comportant un fort potentiel de développement industriel,
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Nous avons hâte de vous accueillir dans notre équipe !

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes handicapées, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation pour l'inclusion des travailleurs handicapés.