Formulation de matériaux d’électrodes organiques pour batterie Li-ion à faible impact environnemental
Ce projet vise à réaliser un prototype de batterie Li-ion d’une capacité de 500mAh reposant exclusivement sur l’utilisation de matériaux d’électrodes organiques (PTCLi4 pour l’électrode négative et MgLi2pDHT pour l’électrode positive) intégrant un électrolyte polymère développé par le CNRS/LEPMI. Il sera focalisé sur les problématiques de mise en œuvre des matériaux afin de mettre au point des électrodes contenant de faibles quantités de carbones (2mAh/cm2).
Adhésifs polymères conducteurs réversibles pour composants électroniques recyclables
Les composants électroniques contiennent des métaux précieux et toxiques qui sont aujourd'hui difficilement recyclés. Alors que la demande en composants électronique continue de croitre, il devient urgent d‘améliorer la recyclabilité de ces objets. Les circuits imprimés (CI) sont au cœur de l'électronique et contiennent des composants complexes, fixés à des pistes métalliques via des adhésifs conducteurs. Ces adhésifs sont constitués d'une charge métallique conductrice et d'un liant polymérique, généralement thermodurcissable.
S’inscrivant dans une démarche d'économie circulaire, les polymères auto-immolables (ou self-immolative polymers, SIP) pouvant dépolymériser sous stimulus, ont émergé comme des alternatives intéressantes pour assurer la recyclabilité de systèmes complexes.
Dans ce contexte, le post-doctorant.e développera un liant SIP pouvant être utilisé en tant qu'adhésif conducteur pour l’assemblage de circuits imprimés. Après identification des systèmes chimiques les plus prometteurs, différents SIP aux structures variées seront synthétisés et caractérisés afin d’évaluer leurs propriétés mécaniques et thermiques, et leur capacité à dépolymériser sous stimulus. Dans une seconde étape, les SIP les plus intéressants seront formulés en tant qu'adhésif conducteur et utilisés pour l’assemblage de circuits imprimés. La recyclabilité de ces objets finaux sera évaluée.
Post-Doc- Ingénieur Chercheur Caractérisation in-situ couplée à l’électro réduction du CO2
Le sujet s’inscrit dans le cadre du programme d'Economie Circulaire du Carbone en proposant des solutions matures pour la décarbonation de l’industrie basée sur la valorisation du CO2 par voie électrochimique. Le candidat sera en charge de développer un électrolyseur de conversion optimisé du CO2 en CO; molécule clé dans la synthèse de nombreux produits carbonés; via l’intégration de moyens de caractérisation in-situ (type UV-Vis, Infra-Rouge). Le développement de telles cellules « à façon » couplées à cette caractérisation locale doit permettre de mieux comprendre les phénomènes réactionnels, de déterminer les mécanismes de diffusion des espèces dans le milieu électrolytique mais aussi d’étendre l’analyse à l’ensemble du système électrochimique. Ainsi cela permettra d’optimiser le système catalytique mais aussi les différents composants de la cellule (membrane, électrodes, couches de diffusion, électrolyte, acheminement du CO2 gazeux ou liquide) de façon à proposer des designs d’électrolyseurs innovants et performants.
Conception et fabrication de noyaux magnétiques à gradient de propriétés magnétiques
Dans le cadre des missions du CEA/LITEN sur le développement des énergies bas carbone et de l’efficacité énergétique des réseaux, le Laboratoire des Matériaux et Composants Magnétiques (LMCM) développe et fabrique des composants magnétiques haute fréquence (> 100 kHz) pour l'Electronique de Puissance. Aujourd’hui les composants passifs sont parmi les plus encombrants (~30-40% en volume du convertisseur) et ils sont responsables de près de 40 à 50% des échauffements. La diversité actuelle des formes de noyaux magnétiques et des technologies de bobinages permet de réaliser des gains incrémentaux sur l’intégration de ces composants mais une véritable rupture, en termes de compacité, pourrait être obtenue avec des procédés de mise en forme permettant la réalisation d’architectures optimales (en particulier à gradient de propriétés magnétiques) qui pourraient être atteintes à l’aide de la fabrication additive. Il existe alors une nécessité liée au dimensionnement de cette solution par simulation pour définir les caractéristiques cibles pertinentes permettant de passer à la fabrication et aux tests. Le post-doc est dune durée de 2 ans avec un salaire minimum de 40k€/an. Pour plus d'information suivre le lien suivant : https://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Documents/Postdoc-Carnot-EF/AMbassador.pdf
Etude thermodynamique du système Nb-O-Zr pour le recyclage d'assemblages nucléaires
Lors du recyclage des combustibles nucléaires, les assemblages irradiés sont cisaillés en tronçons appelés coques. La matière nucléaire contenue dans les tronçons est dissoute en milieu acide et les éléments de structures et de gainage sont rincés puis compactés et conditionnés en colis CSD-C (Conteneur Standard de Déchets Compactés) relevant actuellement d’un stockage MA-VL dans CIGEO.
Le projet REGAIN (REcyclage des GAInes Nucléaires) est un projet soutenu dans le cadre du volet nucléaire de France Relance, dans la catégorie des « Solutions innovantes pour la gestion des matières et déchets radioactifs et la recherche d’alternatives au stockage géologique profond » . Il propose l’étude d’une solution alternative à la filière découlant du compactage des coques, dans le but d’optimiser la gestion des matériaux d’assemblage et de gainage irradiés. Cette solution repose sur une approche innovante et en rupture consistant à réduire le terme source radiologique des coques grâce à une succession d’opérations de décontamination dans l’objectif de limiter le volume de déchets ultimes : Une première étape de décontamination en actinides (An) et produits de fissions (PF) et une seconde étape de séparation du zirconium des produits d’activation de structure (PAS).
Afin d’alimenter les études sur le procédé industriel, une partie du projet REGAIN est dédié à la collecte et à l’établissement des données de base structurant les études du projet, à la fois sur des dimensions scientifiques, techniques et économiques.
Dans ce cadre, le CEA propose un post-doc avec l’objectif de développer une base de données thermodynamiques pour le système ternaire Nb-O-Zr à partir des données de la littérature et des données expérimentales collectées au sein du projet. Il sera possible au cours du projet de considérer la contribution d’une sélection de produits de fission. Le candidat pourra être amené à réaliser des expérimentations supplémentaires afin de compléter le jeu de données
Développement d’un outil de simulation du processus de piqûration d’un acier inoxydable utilisé pour l’entreposage des déchets nucléaires
Les déchets nucléaires de structure sont compactés dans des galettes, empilées dans un conteneur en acier inoxydable. Dans ces galettes de compactage sont placés différents matériaux de type métallique additionnés de matière organique, dont des déchets chlorés. Par dégradation radiolytique, ces derniers peuvent conduire à la formation de chlorure d’hydrogène HCl. Durant la phase d’entreposage, une humidité relative peut être présente au sein du conteneur, qui, additionnée au HCl, peut conduire à un phénomène de condensation, avec pour conséquence l’apparition, à la surface des matériaux, de condensats acides et concentrés en ions chlorures. Au contact de cet électrolyte acide et chloruré, un phénomène de piqûration est susceptible de s’amorcer à la surface d’un acier inoxydable. Il s’agit d’un phénomène local pouvant conduire au percement du matériau dans les cas extrêmes. L’amorçage de ce phénomène dépend de plusieurs facteurs : la morphologie de l’électrolyte, sa composition et son évolution dans le temps.
Si de nos jours ce phénomène est bien connu, le modéliser reste un défi majeur car il s’agit d’un problème multi physiques et multi paramètres couplés. De nombreuses questions restent ouvertes notamment au niveau des lois physiques et chimiques à utiliser ou comment représenter le processus de corrosion ?
L’objectif du post-doctorat est de développer un outil sous COMSOL capable de simuler l’amorçage et l’évolution dans le temps d’une piqûre à la surface d’un acier inoxydable. La démarche s’appuiera sur une modélisation mécaniste des processus (processus de transport de matière et ensemble des réactions chimiques et électrochimiques).
Le post doctorat se déroulera en plusieurs actions :
1-faire un état de l’art de la bibliographie afin de comprendre le phénomène de piqûration et d’identifier les lois nécessaires à la modélisation.
2-simuler la propagation de la piqûre pour établir un critère de propagation.
3-simuler l’amorçage du processus.
Post-doctorat sur le développement et la caractérisation de piles à combustible PEMFC
L’objectif de ce post-doctorat est de comprendre comment un défaut réaliste de fabrication du coeur de pile impacte la dégradation des performances d’un stack PEMFC. Parmi les défauts les plus communs, l’absence de dépôt de couche active (notamment à l’anode où les chargements sont faibles), la présence d’agglomérats, de fissures ou de surépaisseurs dans les couches actives ou au niveau du microporeux des GDL sont souvent rencontrés localement (de l’ordre du cm²). Ici, le projet s’appuiera sur les compétences du LITEN en termes de réalisation d’AME à structure contrôlée (dépôts homogènes, bon interface membrane|électrodes, cartographie du chargement local en catalyseur). Ces AME défectueux, mais aux propriétés contrôlées, seront testés électrochimiquement par le LEMTA et le LITEN.
Il s’agira notamment de coupler astucieusement les différentes méthodes de caractérisations physiques et électrochimiques ex-situ, operando et post-mortem. Parmi elles, la magnéto-tomographie, technique basée sur la mesure du champ magnétique généré par le courant traversant le stack, continuera d’être développée. Ces mesures permettront de quantifier l’effet 3D des défauts au cours du fonctionnement. Enfin, le post-doctorant utilisera les outils existants de modélisation pour améliorer la prédiction de la durée de vie des PEMFC en lien avec les propriétés locales des AMEs en début de vie.
L’ensemble de ces travaux expérimentaux et de simulation permettront de faire le lien entre les hétérogénéités locales de fonctionnement et les mécanismes de dégradations associés aux défauts en fonction de leur nature, ou de leur positionnement. Par conséquent, ADELE permettra de fournir des préconisations de type et de taille de défauts acceptables pour un AME en lien avec les spécifications de fonctionnement et de durée de vie du système PEMFC. Ces travaux donneront lieu à au moins deux publications et trois présentations dans des conférences internationales
Post doctorant Electrochimie du solide / Matériaux céramiques / Synthèse NH3 par électroréduction
La recherche sur la synthèse électrochimique de NH3 porte principalement sur les configurations et les matériaux des cellules d'électrolyse, le développement des catalyseurs, les stratégies d'amélioration de la sélectivité de la réaction de réduction de N2 par rapport à celle de l’eau et la vérification des résultats de synthèse. Le post-doctorat proposé ici se focalisera sur les procédés d'électrolyse protonique (H+) et anionique (O2-) à Haute Température (400-650°C) offrant la possibilité d'utiliser H2O(g) et/ou H2 pour réduire N2. Les objectifs de ces études seront les suivants:
-l’identification des matériaux de cellules d’électrolyse anionique O2- (SOEC pour Solid Oxide Electrolysis Cell) et protonique H+ (PCEC pour Proton Ceramic Electrolysis Cell) adaptés à la synthèse de NH3,
-l’optimisation des cellules ‘standards’, et/ou le développement de nouvelles électrodes et cellules,
-leur élaboration,
-la quantification de l’ammoniac produit pour chaque cellule testée,
-l’identification des paramètres d’ordre 1 permettant de maximiser la cinétique de production de NH3,
-la réalisation du bilan énergétique préliminaire à comparer au procédé classique Green Habor Bosch.
Composition d’alliages à mémoire de forme (AMF) par synthèse combinatoire et fabrication additive
Dans le cadre du PEPR DIADEM, le consortium ARTEMIS se focalise sur la 4D par des méthodes de découverte et de développement accélérés de matériaux intelligents et de structures actives par impression 3D. La mise en forme par fabrication additive de matériaux actifs permettra de concevoir des structures originales intelligentes capables de changer de forme ou de propriétés en réponse à un stimulus énergétique. Dans ce cadre, la plateforme MAPP du CEA Tech de Metz propose de mettre en œuvre un procédé de Cold Spray basse pression équipé de multiples distributeurs de poudres. Les dépôts combinatoires permettront ainsi d’effectuer un criblage rapide des compositions d’alliages à mémoire de formes, répondant à divers stimuli. L’optimisation du post-traitement devra permettre de passer de l’état de dépôt combinatoire à l’alliage. Une caractérisation complète des matériaux est attendue à chaque étape du procédé. La collecte d’un grand nombre de données (expérimentales, théoriques ou issues de simulations numériques), ainsi que la mise en place d’une méthodologie rigoureuse permettra d’alimenter une Intelligence Artificielle, ExpressIF®, d’aide à la décision explicable.
Nouveaux ELECTRolytes vitrIMERes biosourcés pour des batteries Li métal auto-réparantes et recyclables
Ce sujet de post-doctorat s’inscrit dans le cadre du projet Carnot ELECTRIMER qui vise à réduire l’impact environnemental et à améliorer la sécurité des futures batteries Li métal. Dans ce cadre, le post-doctorant développera un nouvel électrolyte gélifié auto-réparant et extrudable. Pour cela, des monomères biosourcés de génération =2 (i.e. qui n’entrent pas en compétition avec le domaine agro-alimentaire) seront utilisés pour synthétiser la matrice polymère, qui sera ensuite gonflée en solvant vert et non-inflammable. Une chimie réversible propre aux vitrimères sera intégrée sur ce polymère biosourcé, et permettra d’améliorer la durabilité des batteries, en conférant à l’électrolyte des propriétés d’auto-réparation à la température d’utilisation. Cette chimie réversible permettra également d’améliorer la recyclabilité des batteries. Extrudable à environ 100 °C, l’électrolyte développé pourra être facilement isolé à chaud et remis en œuvre, facilitant ainsi la démontabilité des batteries.