Prototypage et caractérisation électrochimique de batteries tout-solide

Titulaire d’un doctorat en électrochimie, science des matériaux, chimie ou génie des procédés, le/la post-doctorant(e) contribuera, en étroite collaboration avec les partenaires du projet, au développement de procédés de fabrication et au prototypage de cellules de batteries tout-solide de 4? génération (Li/NMC riche en Ni) et de 5? génération (Li/Soufre).
Les travaux porteront sur la mise en forme des électrodes et l’assemblage de cellules tout-solide, en s’appuyant sur des procédés tels que l’enduction, l’extrusion, ainsi que des voies alternatives incluant l’impression 3D. Les procédés seront optimisés afin de réaliser des cellules prototypes (pile bouton et format sachet souple), de capacité allant jusqu’à 1 Ah, intégrant des interfaces optimisées. Ces cellules seront ensuite testées électrochimiquement afin d’évaluer leurs performances (capacité spécifique, efficacité coulombique, stabilité au cyclage).
La majorité des travaux expérimentaux sera réalisée en environnement contrôlé (salle anhydre), avec des étapes régulières de caractérisation des électrodes et des cellules développées. Les missions principales seront :
- Contribuer à la définition des plans d’essais à partir des données internes et de l’état de l’art,
- Développer et optimiser les procédés de fabrication d’électrodes et de cellules tout-solide,
- Réaliser et tester des cellules prototypes Gen4b et Gen5,
- Evaluer les performances électrochimiques et analyser les résultats obtenus,
- Mettre en forme et présenter les résultats de manière claire et synthétique,
- Proposer des axes d’amélioration, contribuer au bon fonctionnement du laboratoire, respecter les règles de sécurité et de qualité,
- Valoriser les travaux de recherche par des publications, communications scientifiques et dépôts de brevets.

Développement d’un procédé de récupération des chlorures par précipitation – Application aux réacteurs à sels fondus

Les réacteurs à sels fondus (RSF) représentent une option innovante pour une énergie nucléaire plus durable et sûre.
Ils utilisent des sels chlorures liquides contenant des actinides, permettant de fermer le cycle du combustible.
Au cours de leur fonctionnement, ces sels s’enrichissent en produits de fission et impuretés, nécessitant un traitement chimique.
L’enrichissement en chlore ³7Cl vise à limiter la formation du ³6Cl, isotope radioactif à très longue période.
La maîtrise et le recyclage des ions chlorure constituent donc un enjeu majeur.
Le CEA développe un procédé hydrométallurgique de précipitation pour récupérer le chlore enrichi sous forme solide.
Ce procédé est compatible avec les installations industrielles de La Hague, en partenariat avec Orano.
La recherche étudie l’influence des actinides et produits de fission sur la précipitation et leur rétention dans le solide.
La solubilité et la pureté du précipité sont analysées par diverses techniques physico-chimiques.
Des protocoles de purification sont optimisés en cas de contamination.
Une fois purifié, le précipité est recyclé pour produire du chlore réutilisable, notamment par électrolyse ou réactions rédox.
Ce travail s’inscrit dans le développement de réacteurs innovants et bénéficie d’un fort soutien scientifique et industriel.

Développement de méthodes d’analyses isotopiques et élémentaires sur combustible irradié pour la réduction des quantités de matière.

L’objectif de ce sujet post-doctoral est de mettre au point des méthodes d’analyse pour la réduction globale des quantités de matières associées aux analyses isotopiques multi-élémentaires (actinides et PF) de haute précision de combustibles nucléaires irradiés, notamment par l’utilisation de nouvelles méthodes d’introduction « faibles quantités » sur ICPMS multi collecteur. Ces développements permettront notamment de réduire les quantités de déchets radioactifs (consommables et effluents), le débit de dose et le temps d’exposition analystes/échantillons radioactifs associés à ce type d’analyses.
Pour mener à bien ce projet, le(a) candidat(e) réalisera des développements analytiques en zone contrôlée pour réduire au maximum les quantités d’éléments requis pour analyse tout en maintenant ou en améliorant les niveaux d’incertitudes par comparaison aux méthodes actuellement disponibles.

Etude thermodynamique de matériaux photoactifs pour les cellules solaires

Le développement de la production d'énergie électrique par la voie solaire photovoltaïque nécessite la mise au point de nouveaux matériaux pour la conversion du rayonnement solaire en paires électrons-trous. Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques (HOIP), de type CsPbI3 avec des substitutions notamment de Cs par des ions formamidinium (FA) et/ou méthylammonium (MA) sont apparues comme des matériaux très prometteurs en termes de performances et de fabrication. Les substitutions de Cs par des éléments comme Rb, de Pb par Sn et I par Br sont également évoquées pour améliorer la stabilité ou les performances. La synthèse et l’optimisation de la composition de couches de tels matériaux nécessitent une meilleure connaissance de leurs propriétés thermodynamiques d'équilibre et de leur stabilité. L'objectif est de construire un modèle thermodynamique du système Cs-Rb-FA-Pb-Sn-I-Br. Le projet a débuté par le ternaire Cs-Pb-I qui a donné lieu à un article [1]. L'étape suivante portera sur le système ternaire Cs-Pb-Br puis sur le quaternaire Cs-Pb-I-Br. La démarche utilise la méthode CALPHAD, centrée sur la construction d'une base de données et d'une formulation analytique de l’énergie de Gibbs des phases, capable de reproduire les données thermodynamiques et de diagramme de phase. Une revue critique des données de la littérature permet d'initialiser cette base de données et d’évaluer les données manquantes qui sont ensuite acquises par des expériences et par des calculs de DFT.

Interactions Spin-Réseau dans les Simulations ab initio assistées par Apprentissage Automatique

Le domaine scientifique abordé par ce projet postdoctoral se situe à l’intersection de la dynamique moléculaire ab initio, de l’apprentissage automatique et de la caractérisation thermodynamique des matériaux soumis à des conditions extrêmes. Les simulations AIMD traditionnelles constituent un outil puissant pour étudier les propriétés dépendantes de la température et de la pression à partir des premiers principes, mais leur coût computationnel élevé en limite l’utilisation à grande échelle.
En développant et en appliquant des techniques d’échantillonnage assistées par apprentissage automatique (MLACS), ce projet postdoctoral vise à réduire drastiquement la charge de calcul tout en conservant la précision ab initio. Cela permet une exploration efficace des diagrammes de phases et des énergies libres, y compris dans des conditions de pression et de température extrêmes. Cette recherche vise à contribuer à la compréhension et à la modélisation des matériaux, tout en offrant à la communauté scientifique des outils de rupture.

Construction de diagrammes de phases ab initio par inférence bayésienne

Investigation Expérimentale et Modélisation Thermodynamique des Phases du Corium Formées lors d’Accidents Nucléaires Sévères (24 mois)

Lors d'accidents graves dans des réacteurs à eau sous pression, le combustible en dioxyde d'uranium (UO2) réagit avec la gaine en zirconium et la cuve en acier, formant un mélange de phases liquides et solides appelé "corium en cuve". En cas de rupture de la cuve, ce corium se propage et réagit avec la dalle en béton pour former le "corium hors cuve". Ce phénomène s'est produit lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima. Pour simuler ces différentes étapes, les codes multi-physiques nécessitent des données thermodynamiques et thermophysiques précises sur les diverses phases du corium. Ce projet vise à combler ce manque de données grâce à des mesures expérimentales et à de la modélisation. Les travaux consisteront à synthétiser des échantillons, à mesurer les températures liquidus et solidus et les densités des liquides, ainsi qu’à caractériser les échantillons à l’aide de techniques avancées. De plus, le dispositif de chauffage laser combiné à la lévitation aérodynamique (ATTILHA) utilisé pour l’acquisition des données sera amélioré. Les résultats expérimentaux seront comparés aux modèles thermodynamiques (base de données TAF-ID), et les écarts seront résolus en utilisant la méthode CALPHAD. Les données thermophysiques seront également validées à l'aide de simulations atomistiques et d'autres techniques de mesure.

Developpement Accéléré de Matériaux résistants aux SELs fondus chlorures

Le développement accéléré de matériaux est un enjeu majeur pour toutes les industries et la résistance à la corrosion est d’autant plus importante pour les problématiques d’économies des ressources. Aussi, ce projet vise à estimer la résistance à la corrosion d’alliages FeNiMnCr dans un sel de chlorure en application aux réacteurs nucléaires à sels fondus en collaboration avec l’’université du Wisconsin qui a largement montré sa compétence dans le développement accéléré de matériaux pour les réacteurs à sels fondus de fluorures et de chlorures. Dans le cadre de ce post-doc, des dizaines d’échantillons d’alliages modèles quaternaires FeNiMnCr seront synthétisés par fabrication additive à l’université du Wisconsin en faisant varier la composition de sorte à cartographier au mieux l’intégralité du tétraèdre de composition. Ces échantillons ainsi qu’une nuance NiCr corrodée dans une large gamme de chimie du sel seront ensuite corrodés au CEA. L’intérêt de ces expérimentations est d’une part d’obtenir en très peu de temps (1.5 ans) une large base de donnée de corrosion sur les alliages FeNiMnCr mais aussi de cribler l’effet d’une large gamme de composition de sel sur un alliage modèle NiCr. Enfin ces expérimentations permettront de cibler les meilleurs matériaux pour étudier leurs mécanismes de corrosion.

Capteurs électrochimiques à base de diamant pour le contrôle de la pollution de l'eau en milieux urbains

Ce postdoc est proposé par le CEA List dans le cadre du projet européen UrbaQuantum (« A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorisation ») de l’appel à projet HORIZON-CL6-2024-ZEROPOLLUTION-02. Ce projet a pour objectif principal de développer, en réponse aux contexte des changements climatiques, des capteurs, des modèles et des protocoles pour une meilleure gestion du cycle de l’eau en milieux urbains.
Le post-doctorant au sein du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) du CEA List contribuera au développement des capteurs électrochimiques à base de diamant de synthèse et des protocoles de mesure associés pour la détection de polluants de types pharmaceutiques, métaux lourds, PFAS et pesticides. Ces capteurs seront miniaturisés et intégrés dans une cellule microfluidique, en partenariat avec le CEA-Leti, puis testés en conditions réelles sur le terrain.

Etude de la THERmodiffusion des Petits Polarons dans UO2

Le sujet est publié sur le site recrutement de CEA à l'adresse suivante :
https://www.emploi.cea.fr/offre-de-emploi/emploi-post-doctorat-etude-en-ab-initio-de-la-thermodiffusion-des-petits-polarons-dans-UO2-h-f_36670.aspx