La course à l’augmentation de la densité d’énergie des batteries Li-ion conduit à envisager des batteries à électrolyte non plus liquide mais solide. A cet égard, les électrolytes à base de soufre comme les argyrodites sont d’un grand intérêt du fait de leur conductivité ionique élevée et de leurs propriétés mécaniques permettant une mise en forme par simple pressage. Sous l’effet des cycles de lithiation /délithiation, les particules actives de silicium mélangées à cet électrolyte solide sont à l’origine de variations de volumes susceptibles d’endommager l’électrode et réduire la durée de vie. C’est pourquoi les batteries à électrolyte solide sulfure ne cyclent correctement que maintenues sous pression. L’objectif de ce travail de thèse est donc de modéliser ces phases de charge – décharge de la batterie à l’échelle de microstructures représentatives de ces nouvelles électrodes à électrolyte solide. A l’échelle des particules de silicium, le travail consistera à formuler un modèle de lithiation-délithiation en s’appuyant sur des travaux théoriques antérieurs et par comparaison aux données expérimentales disponibles. Puis des modèles 3D de microstructures d’électrodes constituées d’un électrolyte solide de type argyrodite et de particules de silicium seront établis en s’appuyant sur les caractérisations existantes (images MEB). Enfin sera mis en œuvre le modèle mécanique microscopique de lithiation - délithiation sur ces modèles de microstructures en étudiant en particulier les effets du chargement mécanique externe sur l’intensité des interactions mécaniques à l’échelle de la microstructure et les zones de localisation potentielles de l’endommagement. Ces résultats de simulation seront comparés aux mesures disponibles (mesures de déformations macroscopiques et locales).
Ces travaux seront réalisés au CEA Cadarache au sein de l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) en étroite collaboration avec les équipes du Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies nouvelles et les Nanomatériaux (LITEN) du CEA Grenoble.
Ce cadre permettra au doctorant d’évoluer dans un environnement scientifique stimulant et lui permettra de valoriser ses travaux de recherche, en France comme à l’étranger lors de conférences et de publications dans des revues à comités de lecture.