Ionic Conductivity in Doped Polymers Studied by Molecular Simulation

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The project is aimed at probing a molecular level system constituted of a polymer, ions and dopants, to better grasp the intrinsic ionic conductivity and morphology. Ultimately, we should be able to propose, or at least to guide the synthesis of promising new systems. To reach this goal, we benefit from the fact that we have access to a great number of experimental data acquired by TOTAL through collaborations with teams from Université de Montréal and University of Toronto. Moreover, we bring together different expertise in the simulation domain. During this 2-year project, we thus progressively develop the simulation tools that make our goal doable. The validation step, a mandatory stage during simulation, consists in accurately preparing the model system: PEO / LiTFSI. Two development paths that correspond to the two proposed work plans (WP), are then considered: 1) computing conductivities and 2) unveiling the morphology. Both WP show common features: preparation of the systems, implementation of protocols to get properties of interest, generation of new systems containing different ions or dopants at different concentrations, and with polymers other than PEO. Such axis of development is common to most of the simulation techniques. However, the two proposed WPs differ on the level of details they handle: atomistic and mesoscopic levels for WP1 and WP2, respectively. Both strategies must lead to the same outcome: proposal, or at least a guide to develop, new and more efficient systems. For this, the development of our project takes place over a period of two years, marked by 4 deliverables, involving 1 Ph.D. student, and 2 postdoctoral fellows.#(cr)#(lf)Le projet vise à sonder au niveau moléculaire un système constitué d'un polymère, d'ions et de dopants, afin de mieux appréhender la conductivité ionique intrinsèque et la morphologie. A terme, nous devrions être en mesure de proposer, ou au moins de guider la synthèse de nouveaux systèmes prometteurs. Pour atteindre cet objectif, nous bénéficions du fait que nous avons accès à un grand nombre de données expérimentales acquises par TOTAL grâce à des collaborations avec des équipes de l'Université de Montréal et de l'Université de Toronto. De plus, nous réunissons différentes expertises dans le domaine de la simulation. Au cours de ce projet de 2 ans, nous développons donc progressivement les outils de simulation qui rendent notre objectif réalisable. L'étape de validation, une étape obligatoire lors de la simulation, consiste à préparer avec précision le système modèle : PEO / LiTFSI. Deux voies de développement, correspondant aux deux plans de travail (WP) proposés, sont ensuite envisagées : 1) le calcul des conductivités et 2) le dévoilement de la morphologie. Les deux WP présentent des caractéristiques communes : préparation des systèmes, mise en oeuvre de protocoles pour obtenir les propriétés d'intérêt, génération de nouveaux systèmes contenant différents ions ou dopants à différentes concentrations, et avec des polymères autres que le PEO. Un tel axe de développement est commun à la plupart des techniques de simulation. Cependant, les deux WP proposés diffèrent sur le niveau de détails qu'ils traitent : niveaux atomistique et mésoscopique pour WP1 et WP2, respectivement. Les deux stratégies doivent aboutir au même résultat : proposer, ou au moins guider le développement, de nouveaux systèmes plus efficaces. Pour cela, le développement de notre projet se déroule sur une période de deux ans, marquée par 4 livrables, impliquant 1 doctorant, et 2 postdoctorants.