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Modélisation avancée des phénomènes de dégradation dans les batteries Li-ions tout solide

Défi technologique : Stockage électrochimique d'énergie dont les batteries pour la transition énergétique (en savoir +)

Département : Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire : Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Date de début : 01-09-2022

Localisation : Grenoble

Code CEA : SL-DRT-22-0584

Contact : eric.woillez@cea.fr

Depuis quelques années, les batteries Li-ions sont devenues la technologie de référence pour le marché mondial des batteries, et elles ont supplanté les anciennes technologies Nickel-Cadmium et Alcalines. Leur importante capacité énergétique massique en fait d'excellents candidats pour l'alimentation des véhicules tout électriques actuels et futurs. Pourtant, après des années de recherche académique et industrielle sur ce sujet, les batteries Li-ions n'ont pas encore livré tous leurs secrets : ce sont des systèmes multiphysiques très complexes dans lesquels les phénomènes mécaniques, électrochimiques et de transport sont couplés depuis l'échelle microscopique jusqu'à l'échelle du pack batterie. Les modèles prédictifs actuels sont conçus dans une optique d'ingénierie, et sont simplement construits à partir d'une remontée d'échelle moyennée des équations physiques et électrochimiques fondamentales. Ces modèles ne permettent pas à l'heure actuelle de rendre compte de toutes les caractéristiques des électrodes modernes, et en particulier de celles des nouvelles générations de batteries tout-solide. La thèse proposée vise à attaquer le problème des performances de batteries directement à partir des équations de transport à l'échelle de la microstructure des électrodes. Il s'agit de combiner les techniques de remontée d'échelle avec du moyennage de simulations numériques 3D pour déterminer les éléments de la microstructure (en particulier les caractéristiques mécaniques et chimiques des interfaces) à utiliser dans les modèles macroscopiques de batterie. La thèse a une claire orientation théorique et numérique, mais on s'attend à ce que le candidat reste en contact avec les laboratoires expérimentaux pour travailler sur des modèles réalistes d'électrodes.

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