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).
Nanocomposite conducteur thermique et isolant électrique pour le management thermique des systèmes batteries imprimés en 3D
L’évolution des technologies de transport et de stockage de l’énergie (technologies charge rapide, batteries à haute densité d’énergie) impliquent une augmentation considérable de la génération de chaleur dans ces systèmes en fonctionnement. De plus, la volonté toujours croissante de miniaturisation des systèmes embarqués réduit constamment l’espace alloué à leur refroidissement, conduisant à l’obsolescence des systèmes de refroidissement par convection forcée (systèmes actifs) et affectent fatalement leurs performances, leur durée de vie et leur fiabilité. Ces différents constats conduisent inévitablement à la nécessité de développer une nouvelle classe de matériaux dissipateurs thermiques via leur propre structure.
La stratégie originale proposée consiste en la fabrication de casing de batterie nomade en nanocomposites conducteurs thermiques et isolants électriques chargés en nanoparticules 1D et 2D avec une rhéologie adéquate au procédé de fabrication additive 3D type fil fondu ((FDM, Fused Deposition Modeling).
A ce titre vous développerez un revêtement isolant en surface des nanocharges conductrices par voie sol-gel et l’influence des différents paramètres de synthèse (T, pH, agent de couplage, taux de précurseur, etc) sur l’homogénéité et l’épaisseur de la coquille seront étudiées et optimisées. De plus afin de diminuer la diffraction des phonons à l’interface nanocharge/matrice une fonctionnalisation de surface sera évaluée. Enfin l’élaboration du nanocomposite, la fabrication des filaments imprimables et la mise en forme par impression 3D fil fondu (FDM) seront étudiées afin d’optimiser le management thermique du système batterie. L ’anisotropie du nanocomposite provenant de la morphologie des nanoparticules associé au procédé d’impression et au design innovant du système passif confèrera à l’ensemble du module une optimisation de gestion thermique.
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.
Développement d'électrodes positives hybrides à haute densité d'énergie pour des supercondensateurs hybrides au potassium
Dans le but d’augmenter la capacité et donc la densité d’énergie des supercondensateurs hybrides au potassium, une technologie à faible coût sans dépendance aux matériaux critiques et stratégiques, un projet Carnot vise à développer une électrode positive hybride intégrant un matériau capacitif et un matériau faradique.
Le/la post-doctorant(e) contribuera, en collaboration étroite avec les autres personnes du laboratoire et du service, au développement de l’électrode hybride, du matériau à la réalisation de cellules complètes.
Parmi les procédés utilisés, la synthèse des matériaux faradiques, la formulation et l’enduction de l’électrode hybride seront étudiées. Par la suite, des cellules prototypes seront fabriquées puis testées pour évaluer la capacité atteinte et comprendre le mécanisme de stockage de charge résultant de l’association des deux matériaux. Des piles boutons seront tout d’abord réalisées puis des cellules « pouch » se rapprochant de cellules commerciales. À chaque étape des caractérisations spécifiques à ces électrodes seront effectuées. Pour ce travail de recherche et développement, la plupart des essais se déroulement dans les laboratoires de chimie et les salles anhydres de la plateforme batteries.
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.
Expérimentation et simulation numérique de l’emballement thermique des batteries au Lithium
Dans le contexte actuel de transition énergétique, les batteries au lithium constituent aujourd’hui une technologie incontournable pour répondre au fort enjeu du stockage de l’énergie électrique. Cependant, des sollicitations sévères de batteries Li peuvent conduire à un phénomène d’emballement thermique, pouvant aller jusqu’à un départ de feu voire une combustion explosive de la cellule ou de la totalité du pack batterie. Si ce phénomène est bien connu de la communauté scientifique, la R&D liée à la problématique de la sécurité des batteries est encore naissante et doit être consolidée. L’objectif global de ce post-doctorat consiste à développer une stratégie de modélisation et de simulation numérique du phénomène d’emballement thermique des batteries au Lithium soumises à des sollicitations sévères, dans le but de mieux comprendre le phénomène, estimer le risque de propagation thermique du fait de la combustion des gaz, ou encore étudier les conséquences mécaniques de l’emballement (interaction fluide structure). Cette stratégie s’appuiera sur des campagnes d’essais expérimentaux réalisées dans le cadre du postdoc, et sur les outils numériques développés au CEA, dont EUROPLEXUS et Cast3M. Les travaux s’organiseront en 3 volets : Compréhension et modélisation des phénomènes mis en jeu sur la base d’essais (tube à choc, tests abusifs), Développement d’un modèle numérique représentatif des phénomènes identifiés, Modélisation intégrant l’interaction fluide/structure (déformation de l’enveloppe sous l’effet de la montée en pression).