Description du poste
**Objectif :** étudier numériquement l’influence de la pression de compactage lors du procédé de fabrication d’électrolytes solides sur la microstructure résultante. Faire des liens qualitatifs avec les propriétés électrochimiques.
**Contexte :** Les batteries tout-solide sont des dispositifs de stockage d’énergie électrochimique dans lesquels l’ensemble des composants actifs, y compris l’électrolyte et les électrodes, sont à l’état solide. Contrairement aux batteries lithium-ion (LIB) conventionnelles qui utilisent un électrolyte liquide, ces batteries intègrent un électrolyte solide qui, lorsqu’il est inorganique, est normalement densifié par compaction à froid. Un des enjeux majeurs pour leur développement est la mise en oeuvre de ces electrolytes qui peuvent avoir des propriétés thermomécaniques très différentes selon les matériaux utilisés. De plus, la microstructure de l’électrolyte et la surface de contact avec les électrodes ont une influence importante sur les performances électrochimiques des batteries tout-solide.
Le projet CANELES, mené conjointement par les laboratoires I2M et ICMCB, se propose d’étudier l’influence des paramètres du procédé de compaction permettant d’obtenir des électrolytes solides sur le comportement électrochimique, via l’étude du comportement mécanique. Une partie de ce projet est focalisée sur la simulation de la compaction, tandis que d’autres portent respectivement sur l’étude électrochimique et l’imagerie de microstructure. Le stage proposé s’inscrit dans la démarche de modélisation et simulation, afin de faire le lien entre le comportement électrochimique macroscopique, et l’évolution de la microstructure.
**Sujet du stage :** Le but du stage est de simuler le procédé de compaction permettant de fabriquer des électrolytes solides. Les grands axes de ce travail sont :
* Travail bibliographique pour identifier les différentes approches pertinentes.
* Test de différentes approches pour simuler l’évolution de la microstructure : (1) Approche "directe" : la microstructure est générée via la méthode des éléments discrets (DEM) et le logiciel Granoo, puis exportée dans un solveur éléments finis pour l’étape de compaction. La première étape consiste à une mise en position des particules en respectant la physiques des contacts, à partir de statistiques descriptives de la microstructure physique (taille moyenne des particules, des porosités). La deuxième étape consiste à appliquer un chargement, sur un volume élémentaire représentatif, afin de déformer plastiquement les particules, et d’évaluer l’évolution de la surface totale de contact entres elles dans le volume. (2) Approche "indirecte" : la porosité correspondant à un niveau de compaction est évaluée sur un matériau homogène équivalent, via un modèle de Gurson ou Fleck-Kuhn-McMeeking. Cette porosité est ensuite utilisée pour générer une microstructure hétérogène, moyennant des hypothèses sur la forme des particules, permettant des calculs de diffusion d’espè