Développement d'une nouvelle famille d'électrolytes solides nanohybrides. Dynamique moléculaire en milieu liquide ionique nanoconfiné – LISSIL

Ce projet porte sur la préparation et l'étude approfondie de nouveaux électrolytes solides hybrides
organiques-inorganiques pour l'amélioration des performances des batteries au lithium.
Ces matériaux sont obtenus par une voie originale et simple de chimie douce (CMOS, Montpellier). Ils
associent les propriétés mécaniques d'une matrice inorganique à celles de grande conductivité
ionique et de solvant d'une phase liquide ionique confinée dans les nanopores de la matrice hôte.
Le confinement du liquide ionique confère au matériau les propriétés d'un liquide ionique ainsi que les
avantages d'un solide : nous les avons brevetés sous le nom de ionogels (brevet international 2005).
Afin de déterminer leur stabilité électrochimique et leurs performances en conditions réelles
d'utilisations, les propriétés de nos matériaux seront évaluées dans des mini-prototypes de
batteries au lithium (IMN, Nantes). La performance en conductivité ionique d'une membrane, c'est-à-dire
le transport macroscopique d'ions lithium, est étroitement liée aux propriétés dynamiques et topologiques
du milieu dans lequel se déplacent les ions : nous projetons donc ici d'étudier et de corréler les
phénomènes de transport de charges, de structuration et de dynamique de ces liquides ioniques
fortement confinés. Pour cela, nous utiliserons des techniques parfaitement complémentaires en échelles
de temps et d'espace comme la spectroscopie d'impédance complexe (LMI, Clermont-Ferrand), la
spectroscopie RMN haute résolution, les gradients de champ pulsés (PMC, Palaiseau), la diffusion quasiélastique
des neutrons et la corrélation de fluorescence (LLB, Saclay).
Les applications directes concernent les accumulateurs rechargeables au lithium. On peut anticiper une
mise en forme aisée par voie sol-gel, une sécurité accrue du fait de l'état solide de l'électrolyte, sa nonvolatilité
et sa non inflammabilité, et des performances accrues grâce à sa conductivité ionique élevée. Les
équipes associées sont reconnues internationalement, depuis l'application à des dispositifs déjà
commercialisés jusqu'à la compréhension des liens entre conductivité macroscopique et la
dynamique moléculaire des milieux confinés.