Dans un contexte mondial de déploiement massif d’énergies renouvelables, la production et son stockage deviennent de plus en plus indissociables. Les systèmes de stockage électrochimique sous forme de batteries (BESS) suivent actuellement une forte croissance sur le marché. Ces systèmes diffèrent radicalement de la mobilité électrique par leur différences concernant leurs spécificités (coût, sécurité, durabilité). Face aux limites des batteries Li-ion (risques d'incendie, criticité du lithium et du cobalt, coûts de production), la technologie aqueuse zinc / sodium-ion présente une alternative de rupture. Basée sur des matériaux abondants, non toxiques et intrinsèquement sûrs, elle offre un potentiel unique pour le stockage de longue durée à faible impact environnemental.
La filière des accumulateurs au zinc se heurte à des verrous scientifiques limitants la réversibilité et la durée de vie en cyclage, notamment la formation de dendrites de zinc et l'instabilité de la cathode. Ce projet de thèse propose de surmonter ces obstacles par une stratégie de recherche et développement des électrodes innovantes basées sur la transformation réversible de zinc en phosphate de zinc en milieu de phosphate de sodium aqueux. Ce choix d’électrolyte permet l’utilisation des électrodes positives de type sodium-ion ainsi que des séparateurs « AGM » (absorptive glass mat) développés notamment pour les batteries Plomb.
Les travaux de la thèse se focalisèrent sur des études électrochimiques expérimentales combinées à une modélisation multiphysique du système à l’échelle « cellule », prenant en compte la thermodynamique et la cinétique des réactions incluses. Cette approche permettra d'explorer rapidement un vaste espace de conception pour identifier les conditions permettant une mise en échelle et un transfert vers l’industrie répondant aux impératifs de souveraineté énergétique et d'économie circulaire.