Votre profil
Flash Info
Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
CE05 - Une énergie durable, propre, sûre et efficace

CrIsTAux liquiDes ioniques pour des ELectrolytes ajustables à façon – CITADEL

Cristaux liquides ioniques pour des électrolytes à façon

Son objectif global est de fournir la preuve de concept d’un transport ionique nanoconfiné efficace dépassant les performances d’électrolytes actuellement utilisés pour permettre l'avènement de technologies clés génériques (KET) 2.0 en réponse aux besoins énergétiques de l'humanité.

Orientation à longue portée de cristaux liquides ioniques

L’aspect novateur de CITADEL réside dans la comparaison directe de deux types d'électrolytes avancés à base de matériaux (macro)moléculaires orientés à longue distance sous champ électrique alternatif: i) des monodomaines dynamiquement auto-assemblés de cristaux liquides ioniques thermotropes (TILC) conducteurs d'anions/cations et ii) des films minces auto-organisés polymérisés obtenus par réticulation photochimique in situ d’analogues de TILCs incorporant des fonctions terminales photoréticulables pour générer des TILC photo-réticulés à conduction mono(an/cat)ionique.

CITADEL s'appuie sur deux piliers scientifiques : Pilier I) TILC (conducteurs ioniques stimuli-sensibles et autoréparables) et Pilier II) l’auto-organisation à longue distance d’électrolytes sans défauts permettant l'encodage efficace de transport 1D, 2D & 3D (an/cat)ionique. CITADEL aborde spécifiquement deux questions fondamentales pour les électrolytes nanostructurés : i) le rôle de la dimensionalité (1D vs. 2D vs. 3D) sur la percolation plus ou moins efficace (tortuosité) et le nanoconfinement des porteurs de charge dans des matériaux ségrégés à différentes échelles en sous-composantes isolantes et conductrices et ii) la mosaïcité et la gestion des défauts dans les matériaux (macro)moléculaires fonctionnels.

1/ L’ensemble des TILCs synthétisés présente des mésophases d’intérêt (smectique, colonnaire, etc.), briques de base essentielles aux objectifs du projet, et dans des gammes de température qui vont permettre des corrélations structure/propriétés de transport de façon fine et quantitative.
2/ L’utilisation d’une voie de photoréticulation versatile à 254 nm entre les chaines alkyles qui va permettre de rapidement développer la partie du projet concernant la possibilité d’avoir des films autosupportés ayant la structure des mésophases utilisées (réticulation de mésophase pour conserver leur structure hors température d’équilibre).
3/ Développement d’outils originaux/dédiés de simulation de cristaux liquides ioniques thermotropes.

Les matériaux fonctionnels hiérarchiquement auto-assemblés sont consubstantiels à la vie en maîtrisant des fonctions complexes par la rationalisation de processus fondamentaux de génération & stockage d'énergie via des processus continument évolutifs. Tirer des leçons de la Nature pour l'exploitation ultime des fonctions liées aux matériaux (nano)structurés par l'homme est ainsi considéré comme un moteur d’innovations scientifiques et technologiques. Au 21ième siècle, la réalisation de cette inspiration devient particulièrement cruciale pour déclencher des ruptures technologiques visant à un accès facile et continu aux ressources énergétiques décarbonées. CITADEL se positionne ainsi comme une tentative d’inspiration résolument fondamentale pour relever ces défis scientifiques et sociétaux ambitieux via des dispositifs de génération & stockage d'énergie électrochimique de nouvelle génération par le développement de familles d'électrolytes à conduction ionique ajustable de par leur conception et recourant à des processus d'élaboration simples.

1. M. Maréchal «Long-range structure of self-assembled ionic liquids for efficient transport« ILMAT V, 6 octobre 2019, Paris.
2. H. Pung «Thermotropic ionic liquid crystals: Towards tunable_by-design electrolytes« WinterSchool ENGINE2021, 15 février 2021, Grenoble.

Les matériaux fonctionnels hiérarchiquement auto-assemblés sont consubstantiels à la vie en maîtrisant des fonctions complexes par la rationalisation de processus fondamentaux de génération & stockage d'énergie via des processus continument évolutifs. Tirer des leçons de la Nature pour l'exploitation ultime des fonctions liées aux matériaux (nano)structurés par l'homme est ainsi considéré comme un moteur d’innovations scientifiques et technologiques. Au 21ième siècle, la réalisation de cette inspiration devient particulièrement cruciale pour déclencher des ruptures technologiques visant à un accès facile et continu aux ressources énergétiques décarbonées. CITADEL se positionne ainsi comme une tentative d’inspiration résolument fondamentale pour relever ces défis scientifiques et sociétaux ambitieux via des dispositifs de génération & stockage d'énergie électrochimique de nouvelle génération par le développement de familles d'électrolytes à conduction ionique ajustable de par leur conception et recourant à des processus d'élaboration simples. Son objectif global est de fournir la preuve de concept d’un transport ionique nanoconfiné efficace dépassant les performances d’électrolytes actuellement utilisés pour permettre l'avènement de technologies clés génériques (KET) 2.0 en réponse aux besoins énergétiques de l'humanité.

L’aspect novateur de CITADEL réside dans la comparaison directe de deux types d'électrolytes avancés à base de matériaux (macro)moléculaires orientés à longue distance sous champ électrique alternatif: i) des monodomaines dynamiquement auto-assemblés de cristaux liquides ioniques thermotropes (TILC) conducteurs d'anions/cations et ii) des films minces auto-organisés polymérisés obtenus par réticulation photochimique in situ d’analogues de TILCs incorporant des fonctions terminales photoréticulables pour générer des TILC photo-réticulés à conduction mono(an/cat)ionique. CITADEL s'appuie sur deux piliers scientifiques : Pilier I) TILC (conducteurs ioniques stimuli-sensibles et autoréparables) et Pilier II) l’auto-organisation à longue distance d’électrolytes sans défauts permettant l'encodage efficace de transport 1D, 2D & 3D (an/cat)ionique. CITADEL aborde spécifiquement deux questions fondamentales pour les électrolytes nanostructurés : i) le rôle de la dimensionalité (1D vs. 2D vs. 3D) sur la percolation plus ou moins efficace (tortuosité) et le nanoconfinement des porteurs de charge dans des matériaux ségrégés à différentes échelles en sous-composantes isolantes et conductrices et ii) la mosaïcité et la gestion des défauts dans les matériaux (macro)moléculaires fonctionnels.

CITADEL est un projet de recherche collaboratif (PRC) interdisciplinaire (chimie (WP1), physique (WP2), thermodynamique/théorie (WP3)) de TRL1-3 alliant l'expertise croisée et les savoir-faire de ses trois 4 équipes (inter)nationalement reconnues : SyMMES+PCM2E dans les corrélations structure/propriété multi-échelles et la conception de matériaux fonctionnels pour la génération et le stockage d'énergie, IMP+SyMMES dans la synthèse de (nano)matériaux à base de liquides ioniques et LCH+PCM2E en thermodynamique et simulation des systèmes électrolytiques. Il impliquera 82.5 p.m de chercheurs permanents et 123 p.m de contractuels, soit un effort cumulé de recherche de 205.5 p.m, c'est-à-dire équivalent à 4.9 chercheurs à temps plein pour le développement de son programme scientifique sur 42 mois. Réaliser les objectifs ambitieux de CITADEL facilitera la mise en œuvre des transferts technologiques recherchés dans la SNRE (Orientation stratégique 3 : §3.1.1/pages 47-48) et s’inscrit dans l'orientation 14 de la SNR "conception de nouveaux matériaux" en adéquation avec la direction "sciences fondamentales pour l’énergie : recherches fondamentales, exploratoires, concept en rupture pour répondre aux enjeux à long terme de l’énergie" de l’axe de recherche 2.1 (Une énergie durable, propre, sûre et efficace) du plan d'action 2019 de l'ANR.

Coordinateur du projet

Monsieur Manuel Marechal (Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PCM2E LABORATOIRE DE PHYSICO-CHIMIE DES MATÉRIAUX ET DES ELECTROLYTES POUR L'ENERGIE
LCH LABORATOIRE DE CHIMIE
SyMMES Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé
IMP INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES

Aide de l'ANR 440 153 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2020 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter