Modélisation de l’amorçage de dendrites dans les cellules de batterie tout solide au Lithium

Les batteries tout solide (ASSB) incarnent une avancée majeure pour la transition énergétique, avec un impact particulièrement prometteur dans le secteur du transport et de la mobilité. Les ASSB offrent une efficacité accrue et une solution aux défis actuels en termes de densité d’énergie et de sécurité. 
IFPEN œuvre au développement de cette technologie notamment au travers de programmes européens (MODALIS2, HELENA). Des développements de modélisation ont pu être initiés à différentes échelles depuis l’échelle atomistique jusqu’à l’échelle du pack de batterie. 
Le sujet proposé porte sur les ASSB au lithium. Le développement de cette technologie est à ce jour limité par des risques de défaillance non maitrisés dus à des mécanismes d'endommagement. Le plus connu est le risque de court-circuit interne résultant de la croissance de filaments métalliques (aussi appelé dendrites) à travers la microstructure de l’électrolyte solide. L’objectif de la thèse est de contribuer au développement de nouvelles générations de cellules ASSB au lithium en mettant en place un modèle de cellule à l’échelle des milieux continus, dans le but d’évaluer le risque de propagation de dendrites. Il s’agit d’un modèle couplé multiphysique électro-chemo-mécanique visant à saisir : la nucléation et l'évolution des dendrites à l’échelle d’une cellule de batterie en 3D, jusqu’à la rupture éventuelle de l'électrolyte solide. Le travail de thèse consistera à développer une approche de modélisation mécanique de l’endommagement par champs de phase, couplé aux phénomènes électro-chimiques en jeu. Ce modèle sera implémenté dans un outil de calculs (FreeFEM ou ABAQUS).
Ce projet de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre deux organismes IFPEN et le professeur J-C Grandidier (ISAE-ENSMA) avec des équipes pluridisciplinaires offrant un environnement professionnel stimulant et épanouissant. Rejoignez cette équipe dynamique où règne une ambiance exceptionnelle, un cadre de vie agréable et des perspectives de rémunération attrayantes pour le doctorant.

Mots clefs : modélisation multi-physique ; électrochimie ; mécanique des milieux continus ; formulation phase field ; mécanique de la rupture des matériaux    

• Directeurs de thèse Dr Laurent CANGEMI, IFPEN, ORCID 0000-0002-8400-0651 & Pr Jean-Claude GRANDIDIER, ISAE-ENSMA
• Ecole doctorale    ED579 - SMEMAG, Université Paris-Saclay. 
• Encadrants IFPEN    Dr Nadège BRUSSELLE-DUPEND, ORCID 0009-0001-3146-070X & Dr Sara ABADA, ORCID 0000-0002-7333-2335
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France  
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2024 (4 novembre)
• Employeur    IFPEN 
• Qualifications    Master scientifique (M2, école d'ingénieur) en science des matériaux ou mécanique des matériaux avec un très bon niveau en méthodes numériques pour la mécanique (éléments finis, Abaqus, …). 
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau C1 (CECR), Français niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications    Capable à travailler de manière indépendante. Faire preuve de curiosité. Enclin à la multidisciplinarité, la modélisation mathématique, au travail en équipe. 
   

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.