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Amélioration et extension d’un modèle de champ de phase pour la simulation 3D de phénomènes d’importance dans le comportement des batteries lithium-ions

Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences Physique du solide, surfaces et interfaces Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Que ce soit pour l’optimisation du temps de charge des batteries de générations actuelles ou l’augmentation de la densité de puissance pour les générations futures, l’étude du comportement des matériaux est crucial pour maîtriser les mécanismes de lithiation des matériaux d’intercalations (ex graphite) et les mécanismes de « stripping/plating » du lithium métal. Dans ce contexte, le recours à des simulations numériques par champ de phase est en plein essor; ces méthodes se prêtant à la modélisation de phénomènes dynamiques pour des systèmes multiphasiques et multiconstituants.
Récemment, un module de champ de phase 2D de TrioCFD (logiciel libre développé au CEA basé sur la plateforme TRUST) a été généralisé à un nombre arbitraire de constituants ou de phases. Ce projet post-doctoral vise à améliorer et à étendre ce module de TrioCFD à des simulations 3D performantes dans un environnement de calcul parallèle distribué. L’objectif est d’utiliser ce module pour simuler les comportements physiques d’intérêt 3D des matériaux de batteries lithium-ions susmentionnées. On s’appuiera sur des travaux champ de phase 2D récents qui ont permis d’apporter un certain nombre de réponses originales et pertinentes à ces problématiques. Le passage à des simulations 3D permettra d’offrir des perspectives scientifiques essentielles pour ces applications.
Ce travail sera réalisé dans le cadre d’une collaboration entre plusieurs équipes du CEA des centres de Cadarache, Grenoble et Saclay, réunissant des expertises variées (comportement des batteries lithium-ions, méthode de champ de phase, environnement logiciel TrioCFD et méthodes numériques).

Laboratoire

Département de Technologie Nucléaire
Service Mesures et modélisation des Transferts et des Accidents graves
Laboratoire de modélisation des accidents graves
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