Compréhension et identification des mécanismes de vieillissement des batteries lithium-ion à l'aide de techniques d'analyse innovantes

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Compréhension et identification des mécanismes de vieillissement des batteries lithium-ion à l'aide de techniques d'analyse innovantes

IFP Énergies Nouvelles est un acteur majeur de la recherche et de la formation oeuvrant pour la transition écologique dans les domaines de l’énergie et du transport. Parmi les différentes activités, les batteries au lithium occupent une place stratégique pour la mobilité électrifiée et le stockage des énergies renouvelables. Cependant, leur dégradation, sous l’effet de divers mécanismes de vieillissement, diminue leurs performances, dans certains cas jusqu’à la fin de vie. Cela représente alors un coût environnemental et financier important, en plus d’un problème de fiabilité et de sécurité.

Ainsi, au sein de IFPEN, l’étude et la modélisation du vieillissement est une thématique portée par le département Électrochimie et Matériaux. Parallèlement, le département Caractérisation des Matériaux apporte son savoir-faire afin de mettre au point des techniques de caractérisations physico-chimiques innovantes dédiées aux matériaux de batteries. Les recherches menées dans le cadre de cette collaboration permettent aujourd’hui de proposer cette offre de stage afin d’utiliser ces techniques pour étudier plus finement les mécanismes de vieillissement et leurs conséquences internes à la batterie.

Des exemples de techniques innovantes sont la spectrométrie d'émission atomique de plasma induit par laser (LIBS, exemple) permettant de détecter et quantifier le lithium présent dans une électrode, ou la cryo-porosimétrie par résonance magnétique nucléaire (exemple) permettant de mesurer une distribution de taille de pores dans une électrode.

Un objectif du stage est donc d’évaluer l’intérêt des différentes techniques identifiées pour la caractérisation fine et quantitative des mécanismes de vieillissement des batteries. Un autre objectif est de mettre en place une campagne de vieillissement de batteries ainsi que des protocoles pour la préparation d’échantillons pour ces techniques de caractérisation.

En pratique, le/la stagiaire sera accompagné/e pour mettre en place une campagne de vieillissement de cellules de batteries dans différentes conditions opératoires. Il/elle sera formé/e au démontage de cellules complètes pour séparer les deux électrodes et réaliser des demi-piles à des fins de caractérisation électrochimique. Aussi, il/elle sera formé/e à la préparation d’échantillons pour les spécificités de chaque technique de caractérisation identifiée.

Enfin, ce sujet de stage est exploratoire pour un sujet de thèse qui démarrerait à l’automne 2024. Cette thèse mêlera une approche de modélisation et de caractérisation expérimentale dans l’objectif d’obtenir un modèle multi-physique couplant finement les différents mécanismes de vieillissement. Ce modèle permettrait finalement de prédire la durée de vie d’une batterie.

Spécialités et compétences recherchées : 

Discipline parmi :

• Sciences physiques
• Sciences chimiques
• Génie chimique
• Génie des matériaux

Compétences spécialisées recherchées parmi :

• Electrochimie,
• Analyses physico-chimiques,
• Modélisation, méthodes numériques,
• Programmation informatique

Informations pratiques :

Durée du stage : 6 mois (début 1er trimestre 2024 selon période prévue par l'école)
Lieu : IFPEN-Lyon, Solaize (69360)
Indemnités : 1080€ brut/mois
Encadrement : R. Mathieu, M. Petit, J. Bernard, L. Sorbier

Contact : Envoyer CV + mail/lettre de motivation à Monsieur Romain MATHIEU.