Stage M1 - Étude des Courants de Fuite dans des Dispositifs de Stockage d'Énergie à Film Mince H/F - 38

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Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

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- La coopération
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En tant que stagiaire au CEA, vous aurez l'opportunité de travailler au sein d'un environnement de recherche de renommée mondiale. Nos équipes sont composées d'experts passionnés et dédiés, offrant un cadre propice à l'apprentissage et à la collaboration. Vous aurez accès à des équipements de pointe et à des ressources de recherche de premier ordre pour mener à bien vos missions.
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 LiCoO (LCO).
Les composants sont fabriqués sur tranches 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, vous réaliserez 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.
Vous serez 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.