Influence des états déchargés à 0V sur le vieillissement des cellules sodium-ion

Descrizione

Influence des états déchargés à 0V sur le vieillissement des cellules sodium-ion Sintesi in italiano (traduzione automatica): L'organizzazione che offre questa opportunità è la Regione Nouvelle Aquitaine, nell'ambito del progetto BATTENA, volto a sviluppare competenze nel settore delle batterie. La posizione riguarda una tesi di dottorato che si concentra sullo studio del degrado delle celle sodium-ion durante il loro invecchiamento, in particolare quando vengono scaricate fino a 0V. Il candidato lavorerà in collaborazione con i laboratori ICMCB e IMS, utilizzando metodologie di caratterizzazione elettrica e analisi dei materiali. È richiesta una laurea in ingegneria dei materiali o un campo correlato. Il lavoro si svolgerà principalmente presso Bordeaux INP e coinvolgerà esperimenti pratici e modellizzazione dei risultati. Contexte Dans le cadre du plan France 2030 et de l’intérêt "compétences et métiers d’avenir", la Région Nouvelle Aquitaine pilote le projet BATTENA qui propose de développer des formations sur toute la chaîne de valeur de la filière batterie. Il regroupe les industriels ACC, Arkema, EasyLi, Exoes, Forsee Power, Orano, Paprec, Saft, Serma Technologies, Syensqo, Voltéo, les établissements de formation ainsi que les écoles d’ingénieurs et universités avec leurs laboratoires de recherche. Les formations "batterie" développées à Bordeaux INP par l’ENSMAC et l’ENSEIRB-MATMECA seront enrichies par les résultats et méthodologies issues de la thèse proposée ici et opérée en collaboration avec les deux laboratoires ICMCB et IMS. Description du sujet de thèse La décarbonation de l’énergie passe notamment par son stockage sous forme électrochimique pour lequel la maîtrise de la fiabilité et la sécurité sont essentielles. Concernant les batteries, la durée de vie est estimée grâce à des tests de vieillissement accéléré sur cellules commerciales selon un plan d’expériences qui exploite les valeurs limites, établies par le constructeur, des grandeurs observables telles que température, tension, courant. Même si la batterie lithium-ion est prépondérante dans l’ensemble des applications mobiles ou stationnaires, la technologie sodium-ion, nouvellement venue en production de masse, gagne du terrain. Malgré une densité d’énergie moindre, la cellule Na-ion présente des avantages majeurs : abondance du sodium accessible à tous, sécurité intrinsèque et possibilité de décharge jusqu’à 0V, ce qui réduit les risques en cas de court-circuit et facilite grandement le transport de ces batteries. L’objectif de la thèse est donc de quantifier et modéliser les dégradations lors du vieillissement de cellules Na-ion à la limite des spécifications constructeur, en particulier à l’occasion de décharges profondes jusqu’à une tension nulle. Ce travail pourra s’appuyer sur les méthodologies mises en place lors de la précédente thèse en collaboration IMS-ICMCB au sein de BATTENA, en particulier l’écriture des protocoles, la répartition des expérimentations, l’utilisation des équipements, la modélisation et l’exploitation des résultats. L’originalité de l’approche, à l’inverse de d’habitude, ira du système, i.e. une cellule commerciale, vers le matériau, i.e. ses éléments constitutifs, de l’état neuf à la fin de vie. Côté système (labo IMS), les grandeurs externes à la cellule (tension, courant, température) seront exploitées par les méthodes de caractérisation électrique de type temporelle lente (CC, CV), impulsionnelle (HPPC, GITT), fréquentielle (EIS) pour réaliser un modèle de performances comprenant des indicateurs de vieillissement (capacité, résistance, tension à vide OCV). Côté matériau (labo ICMCB), les grandeurs internes à la cellule seront déterminées, après ouverture, par caractérisation des matériaux d’électrode en nature (diffraction X) et en composition (microscopie, EDS, absorption atomique). A mi-chemin, grâce à la constitution de demi-pile à différents états de dégradation (obtention des potentiels d’électrodes à vide OCP), la caractérisation électrochimique de type différentielle (DVA, ICA) et fréquentielle (EIS) permettra de faire le lien entre une modélisation cellule et à électrodes différenciées en fonction de l’état de santé. Le caractère novateur de cette thèse en collaboration IMS-ICMCB est l’étude de l’influence, sur la durée de vie des cellules Na-ion, du maintien plus ou moins prolongé à l’état complètement déchargé à 0V, cet état pouvant être répété plusieurs fois. Pour cela, ces contraintes seront ajoutées aux conditions des tests de vieillissement calendaire et en cyclage. La diminution des performances observées sera comparée aux résultats obtenus dans une fenêtre de tension conventionnelle. On peut s’attendre à obtenir une modification de la croissance de la couche d’interphase solide-électrolyte et du dépôt de sodium métallique. Ce Annuncio in inglese. Fonte: Euraxess (Commissione europea).