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Thèse : Analyse du comportement mécanique d'une mono-cellule et de ses interfaces pour optimiser la performance de batterie tout-solide H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 7 décembre 2022

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Informations générales

Référence : UMR5279-CLATES-001
Lieu de travail : LE BOURGET DU LAC
Date de publication : mercredi 16 novembre 2022
Nom du responsable scientifique : Christophe Carral
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 février 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135 euros brut mensuel

Description du sujet de thèse

Le projet SEATBELT a pour objectif de développer une batterie tout-solide au lithium métal avec un électrolyte hybride. Les batteries tout-solides sont considérées aujourd'hui comme l'une des solutions les plus prometteuses pour atteindre les objectifs fixés par l'Europe en termes de densité d'énergie, surpassant les performances de toutes les technologies actuelles pour les applications stationnaires et de mobilité. Le remplacement de l'électrolyte liquide par une membrane solide pose cependant de nouveaux défis. Dans une architecture entièrement solide, la qualité des interfaces entre les différents matériaux de la cellule et de la batterie joue un jeu primordial sur ses performances électrochimiques, dépendante également de l'état mécanique de ses différents composants. L'un des enjeux de cette nouvelle génération de batteries consiste ainsi à accroitre ses performances, tout en s'assurant de leur stabilité électromécanique.

Dans ce contexte, cette thèse est basée sur une analyse numérique et expérimentale du comportement mécanique d'une mono-cellule (ou « pouch cell ») de batterie tout-solide, qui sera développée dans le cadre du projet SEATBELT. Le développement d'un modèle mécanique, via une analyse par éléments finis réalisée à l'aide du logiciel COMSOL, sera effectué en premier lieu. Ce modèle sera basé sur la géométrie réelle d'une « pouch-cell », comprenant ses différentes couches ainsi que différentes conditions d'interfaces (collées, glissantes ou présentant un coefficient de frottement). Les nouveaux matériaux développés dans le cadre du projet SEATBELT seront caractérisés et leurs propriétés seront implémentées dans le modèle numérique. Des mesures expérimentales seront in fine mises en place pour comparer les comportements mécaniques expérimentaux et prédits à l'aide du modèle numérique. En étroite collaboration avec le laboratoire 3SR, des caractérisations morphologiques par tomographie aux rayons X et aux neutrons seront réalisées sur la mono-cellule sous sollicitation mécanique. Une attention particulière sera portée sur les mécanismes de dégradation intervenant dans la mono-cellule lors de sa sollicitation, en nous servant notamment des mesures des champs de déplacement et de déformation. Le dernier volet de cette étude sera consacré à la mise en œuvre de mesures couplées électromécaniques afin d'analyser l'influence de la génération de contraintes ou de déformations sur la performance de la cellule puis de la batterie. L'ensemble des résultats expérimentaux et numériques acquis dans cette étude permettra de valider non seulement le choix des matériaux développés pour la nouvelle génération de batteries mais également de proposer un mode d'assemblage optimisé pour atteindre les performances visées dans le cadre du projet SEATBELT.

Cette thèse s'adresse à des candidat(e)s diplômé(e) d'un master ou équivalent dans le domaine de la mécanique ou des sciences des matériaux, ayant un fort intérêt pour la mécanique des matériaux avec de bonnes connaissances en simulation éléments finis. La connaissance du logiciel COMSOL et une expérience dans la caractérisation des matériaux seront appréciées.

Contexte de travail

Le LEPMI (Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces) est une unité mixte (UMR 5279) composée de chercheurs du Centre National de Recherche Scientifique (CNRS), de l'Université Grenoble Alpes (UGA), de l'Institut National Polytechnique de Grenoble (Grenoble-INP) et de l'Université de Savoie Mont-Blanc (USMB). Les principales activités de recherche du LEPMI portent sur l'élaboration, la caractérisation physique et électrochimique de matériaux fonctionnels (polymères, sels, liquides ioniques, catalyseurs, céramiques) destinés aux systèmes énergétiques (batterie, pile à combustible).
La personne recrutée travaillera au sein de l'équipe GUIDE (Genèse & usage des interfaces durables pour l'énergie) située sur le technopôle de Savoie Technolac au Bourget du Lac, constituée de 25 personnes dont 10 doctorant(e)s/post-doctorant(e)s/stagiaires.

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