Dévelopement d'une électrode de référence pour le monitoring de batteries Sodium-ion
L'avancement rapide de la technologie des batteries Na-ion (NIB) offre des opportunités prometteuses pour le stockage d'énergie, mais des défis persistent dans la compréhension de leur performance, de leur vieillissement et de leur sécurité. Cette offre de post-doc vise à concevoir et valider un capteur innovant sous forme d'électrode de référence (RE) pour les batteries Na-ion permettant une caractérisation précise in situ et operando.
Le candidat travaillera sur le développement et la mise en œuvre d'une RE adaptée aux batteries Na-ion en s'appuyant sur les matériaux synthétisés au cours du projet. La validation du capteur passera par l'étude de ses propriétés électrochimiques et sa stabilité. Puis par l'instrumentation de cellules de batterie et des tests de cyclage dans diverses conditions, ainsi que l'analyse des performances et les mécanismes de vieillissement.
Il effectuera l'analyse de données et des examens post-mortem (SEM, EDX, ICP, etc.) pour corréler les mesures des capteurs avec les phénomènes de dégradation.
Le poste est intégré dans une équipe multidisciplinaire et en collaboration avec le LEDNA (IRAMIS) au CEA Saclay pour la synthèse des matériaux. Le travail se déroulera au Laboratoire d'Analyse Post-Mortem et de Sécurité Électrochimique (LAPS) au CEA Grenoble, un leader dans la recherche sur le stockage d'énergie.
Etude d'un système de stockage K-ion bas coût : Electrolyte, Sécurité et prototypage
Le projet UPBEAT (France 2030) vise à développer une technologie potassium-ion bas coût et exempte de matériaux critiques et capable de fournir les performances de cellules Li-ion de type LiFePO4. Le travail proposé au post-doctorant s'inscrit dans cette optique : il consistera à développer des électrolytes liquides organiques optimisés pour ce nouveau système (Blanc de Prusse vs. Graphite), en étudiant les sels, les solvants et les additifs les plus prometteurs, tout en conservant les objectifs de coût et de durabilité. Les solutions proposées (avec et sans fluor) seront formulées, caractérisées et testées électrochimiquement dans des cellules complètes (piles boutons et sachets souples incluant une optimisation des composants) pour mesurer, entre autres, leurs efficacités sur la durée de vie et les réponses en puissance. La compréhension des effets des différents composants sera amenée par des mesures operando et des caractérisations post-mortem. Les systèmes qui répondront le mieux aux exigences du projet feront également l'objet d'essais abusifs permettant de juger de la sécurité du système final.
Caractérisation de la saturation en fluide au sein d’une cellule d’électrolyse à membrane échangeuse d'anions
L’électrolyse à membrane échangeuse d’anions (AEMWE) est une technologie prometteuse pour la production d’hydrogène vert qui est un pilier pour la transition énergétique. Les dispositifs d’AEMWE peuvent fonctionner même si seule l'anode est alimentée en électrolyte. La réaction cathodique est maintenue du fait de la diffusion de l'électrolyte à travers la membrane depuis l’anode. Cette approche, appelée « cathode sèche », permet de réduire la contamination de l'hydrogène produit, et faciliter sa récupération et son stockage à haute pression. Cependant, ce mode de fonctionnement pose des défis majeurs en termes de gestion de l’eau et des gaz et de stabilité des performances, notamment à haute densité de courant (> 1 A cm?²). Dans ce projet, des assemblages membrane électrodes d’AEMWE seront fabriqués et caractérisés. Leurs propriétés électrochimiques seront quantifiées par des tests en cellule de 2 cm². Des analyses structurales (SAXS, DVS) et physico-chimiques (porosité, sorption d’eau) seront menées sur des membranes et des électrodes d’AEMWE. Afin dans de quantifier la distribution de l’eau dans un électrolyseur AEM en fonctionnement en mode « cathode sèche », des expériences d’imagerie neutronique operando corrélées à des mesures électrochimiques seront réalisées. Pour ce faire, une mono-cellule dédiée devra être conçue.
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto-résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible.
L'objectif est de développer un démonstrateur TRL 4 en laboratoire pour prouver le concept sur une pile à combustible à basse température. Cela inclura quatre cartes de mesure avec plusieurs dizaines de capteurs magnétiques synchronisés pour des acquisitions simultanées. Les résultats expérimentaux et une description du système d'instrumentation seront publiés. Les données historiques seront utilisées pour valider les algorithmes de résolution de densité de courant et comparer leurs performances à celles des solutions basées sur des réseaux de neurones informés par la physique. Les résultats estimés de densité de courant seront utilisés pour une publication supplémentaire.
Le système d'instrumentation sera intégré dans un banc d'essai du CEA dédié au contrôle optimal, à l'observation des transitoires, à la détection de défauts et à l'exploration des phénomènes de propagation de défauts. Cette approche offrira une observation dynamique et non invasive de la distribution du courant dans la pile à combustible, améliorant ainsi la compréhension de son fonctionnement et facilitant l'optimisation de ses performances et de sa durée de vie.
Développement de cellules Potassium-ion performantes et respectueuses de l'environnement
Les batteries Lithium-ion constituent un système de référence en termes de densité d’énergie et de durée de vie au point de devenir une technologie clé de la transition énergétique notamment en alimentant les voitures électriques. Cependant, cette technologie repose sur une utilisation importante d’éléments peu abondants et sur des procédés de fabrication énergivores.
Dans cette optique, notre équipe développe de nouvelles batteries Potassium-ion présentant des performances élevées et n’utilisant que des éléments abondants et des procédés de fabrication respectueux de l’environnement.
Pour ce projet ambitieux et innovant, le CEA-LITEN (acteur majeur européen dans le domaine de la recherche pour l'énergie) recrute un chercheur post doctoral en chimie des matériaux. L’offre s’adresse à un jeune chercheur talentueux possédant un excellent niveau scientifique et un gout prononcé pour la dissémination de ses résultats au travers de brevets et de publications scientifiques.
Etude de la performance et du vieillissement de batterie lithium ion operando par mesures multi-instrumentée externes
Le poste proposé ici porte sur le développement et la mise en œuvre de techniques de caractérisation in-situ et operando utilisant des capteurs externes à la cellule. Le candidat sera amené à tester et mettre au point des techniques de mesures externes sur cellules Li-ion afin de mesurer les paramètres critiques. Il participera au choix des capteurs, à l’instrumentation des cellules, à leurs mises en œuvre dans différentes conditions de cyclage et à l’étude de leurs performances et vieillissement. Il participera à l’analyse des données ainsi qu’à l’étude post-mortem des cellules afin d’identifier les mécanismes de dégradation et effectuer la corrélation entre les mesures issues des capteurs et les phénomènes observés. Le présent post-doctorat s’inscrit dans un travail d’équipe composé d’électro-chimistes, de physiciens, de chimistes et d’opticiens. Il se concentrera sur l’instrumentation externe de la cellule et travaillera en étroite collaboration avec une équipe composée de plusieurs ingénieurs, chercheurs, doctorants et postdoctorant. L’objectif de ces travaux est de fournir un ensemble de données fiables sur les mécanismes de dégradation des cellules et leur monitoring afin d’alimenter les travaux qui seront réalisés dans le cadre du projet SENSIGA sur la mise en place de fonctions avancées du Batterie Management System (BMS).
Le poste est à pourvoir au sein du laboratoire d’Analyse Electrochimique et Post-Mortem du LITEN au CEA de Grenoble et se fera en collaboration avec Nicolas Guillet (LITEN/L2SA sur le site de l’INES) pour la partie de capteurs acoustiques.
Simulations massivement parallèles de piles à hydrogène PEM
L'objectif est d'améliorer le code TRUST-FC développé conjointement par le LITEN/DEHT/SAMA et DES/ISAS/DM2S/STMF/LGLS pour la simulation fine des piles à hydrogène PEM et de l'appliquer à des géométries réelles. Financé par le laboratoire virtuel commun AIDAS (CEA/FZJ), un premier travail a permis de construire le modèle électro-chimique et fluidique complet basé sur le code CEA TRUST, et de le comparer avec son homologue basé sur OpenFoam. Suite à cela, le candidat adaptera l'ensemble de la chaine de calcul à des maillages de taille croissante pour arriver à des maillages de plaques bipolaires complètes de plusieurs centaines de millions d'éléments. D'autre part, il introduira des modèles d'écoulements diphasiques afin d'adresser les enjeux technologiques actuels(problèmes d'assèchement ou de noyage local).
Cet ambitieux projet est activement soutenu par une collaboration étroite avec la DES et avec FZJ.
Développement de capteur optique in-situ et operando appliqué aux batteries Li-ion
Le développement des batteries Li-ion présente une forte croissance depuis une dizaine d’années. L’amélioration des performances, de la sécurité et de la durabilité, sont les axes principaux de recherche dans le domaine. Les mécanismes mis en jeux dans le fonctionnement et le vieillissement sont complexes et leur compréhension nécessite des mesures operando et in situ aux différentes échelles du nano au macroscopique. Le CEA s’est donné comme objectif, à travers un projet de recherche, de développer une sonde locale optique pour la mesure in situ et operando des paramètres physiques (température, déformations mécaniques) et chimiques (concentration locale en ion lithium) lors du fonctionnement d’une batterie Li-Ion. En intégrant une équipe pluridisciplinaire, le/la candidat(e) participera dans un premier temps au développement des sondes optiques et leurs intégrations sur des fibres optiques : à savoir la synthèse des sondes optiques et chimiques, leurs intégrations à la surface de fibres optiques et leurs caractérisations. Le/la candidat(e) participera également à la réalisation du montage optique et aux campagnes d’essais. Les capteurs développés seront intégrés à des cellules Li-ion et testés sous différentes conditions afin de tester l’efficacité du capteur développé et établir une première preuve de concept.
Simulation des phénomènes de noyage dans les PEMFC
La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est aujourd’hui considérée comme une solution pertinente pour une production d’énergie électrique décarbonée, aussi bien pour des applications transport que stationnaire. La gestion des fluides à l’intérieur de ces piles a un impact important sur leur performance et leur durabilité. Les phénomènes de noyage dus à l’accumulation d’eau liquide sont bien connus pour nuire au fonctionnement des piles, provoquant des chutes de performance et des dégradations pouvant être irréversibles. Avec l’utilisation de canaux de plus en plus fins dans des piles toujours plus compactes, ces phénomènes deviennent de plus en plus fréquents. L’objectif de ce post-doc est de progresser dans la compréhension du noyage dans les PEMFC. Les travaux consisteront à analyser le lien entre les conditions de fonctionnement, le design des canaux et les matériaux utilisés dans les cœurs de pile. Ils seront basés sur une approche de modélisation des écoulements diphasiques à différentes échelles, en commençant par une échelle locale au niveau d’une dent et d’un canal, pour parvenir, via une remontée d’échelle, jusqu’au niveau de la cellule complète. L’étude s’appuiera également sur de nombreux résultats expérimentaux obtenus au CEA ou dans la bibliographie.
Purification de l’hydrogène issu d’un reformeur par un dispositif électrochimique
Ce projet vise à mettre en place un nouvel axe de recherche et développement sur les dispositifs de purification pour les reformeurs pour alimenter les piles à combustible en hydrogène. Ce travail est de première importance pour réaliser des systèmes à base de piles à combustible alimentés par différentes sources d’hydrocarbures. Utilisée en mode « power full » ou « range extender », le reformeur et son système de purification des gaz sont des éléments de la chaîne qu’il convient d’optimiser
L’objectif du projet est de proposer un dispositif électrochimique de purification du gaz issu d’un reformeur dont le principe de base s’apparente à celui d’un électrolyseur PEM. Les gaz issus du reformeur subissent une oxydation électrocatalytique sélective permettant de séparer l’hydrogène des polluants usuels et d’alimenter directement une pile à combustible.
Le projet portera principalement sur la sélection et la caractérisation des performances électrocatalytiques de catalyseurs ainsi que la réalisation de prototypes fonctionnels.
Ces développements permettront d’évaluer la pertinence économique du dispositif vis-à-vis d’autres systèmes et d’identifier les axes de recherche à développer par la suite.