Développement d'un modèle expérimental pour étudier la propagation de dendrites dans des électrolytes gélifiés aqueux

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.

Développement d'un modèle expérimental pour étudier la propagation de dendrites dans des électrolytes gélifiés aqueux

Stage de Master 2 / Projet de Fin d’Etude (PFE) recherche 2026

IFP Énergies Nouvelles (IFPEN) est engagé dans le domaine des batteries pour soutenir la transition énergétique et promouvoir une mobilité durable. Ses travaux incluent la modélisation multi-échelle depuis l’échelle atomistique jusqu’à l’échelle du pack de batterie, le développement de nouvelles chimies de batteries, et la collaboration avec des partenaires européens, industriels et académiques.

Le sujet proposé est en lien avec les batteries tout solide (ASSB). Les ASSB sont une technologie prometteuse grâce à leur efficacité, leur densité d'énergie et leur sécurité accrues. Cependant, leur développement est freiné par des risques de défaillance, notamment les courts-circuits causés par la croissance de dendrites métalliques [1] dans l'électrolyte solide. IFPEN travaille sur cette technologie au lithium en cherchant à optimiser les interfaces électrode/électrolyte et à maîtriser la croissance des dendrites, un défi clé pour leur diffusion sur le marché.

L’objectif principal du stage est de mettre en place des expériences contrôlées avec des matériaux électrolytes 'modèle' aux propriétés maitrisées (propriétés rhéologiques comme la viscosité, le seuil d’écoulement, les modules de cisaillement, la conductivité électrique, etc) afin de simuler et reproduire le phénomène de croissance de dendrites.

Les facteurs influençant la croissance dendritique seront examinés à l’échelle de la cellule de batterie en étudiant d’abord l’évolution de dendrites de cuivre dans des électrolytes aqueux gélifiés. Les données collectées pendant le stage permettront de mettre à l’épreuve les modélisations numériques de propagation de dendrites dans les ASSB, notamment les modèles de la littérature et également le modèle développé actuellement à IFPEN [2].

Le stage pourra se dérouler de la manière suivante :

• Prise en main de la problématique
• Mesure des propriétés des électrolytes gélifiés
• Mise en place de l’expérimentation avec un milieu aqueux de référence
• Mise en place d’une instrumentation appropriée pour les observations (microscope optique couplé à une caméra rapide)
• Etude de l’influence des propriétés de milieux gélifiés et du chargement appliqué

En fonction de l’avancée, il sera envisageable d’appliquer la méthodologie à un système lithium ou de confronter les résultats expérimentaux à des simulations numériques réalisées avec les modèles développés dans la thèse de Yewei Wang (IFPEN - Université Paris-Saclay ED SMEMAG, 2024-2027).

Profil recherché :

Ce stage de niveau ingénieur/master 2 offre l’opportunité pour le/la stagiaire de travailler avec une équipe pluridisciplinaire et d’acquérir une expérience dans un domaine en plein essor appliqué au domaine de l’énergie.

Compétences recherchées

• Electrochimie ; Matériaux ; Instrumentation ;
• Goût pour l’expérimentation ;
• Capacité d’analyse et de synthèse ; Méthodique et rigoureux.
• Des connaissances en mécanique des matériaux seraient un plus.

Références
[1] Chams Kharbachi et al. 2021 J. Electrochem. Soc. 168 072507, https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ac15bb/pdf
[2] Y. Wang, L. Cangémi, N. Brusselle-Dupend, N. Guy, S. Abada, M. Merle, Electrochemical-Mechanical Couplings and Damage Effects on Dendrite Growth Prediction in Solid-State Lithium Batteries, IFPEN, International Conference on Materials Science, Engineering and Technology, May 2025, France

Durée : 6 mois à compter de février / mars 2026
Lieu : IFPEN, Rueil-Malmaison (92), France (Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquée)

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Development of an experimental model to study dendrite propagation in aqueous gelled electrolytes
Master's Internship / Final Year Research Project 2026

IFP Énergies Nouvelles (IFPEN) is committed to the field of batteries to support the energy transition and promote sustainable mobility. Its work includes multi-scale modeling from the atomistic scale to the battery pack scale, the development of new battery chemistries, and collaboration with European, industrial, and academic partners.
The proposed topic is related to all-solid-state batteries (ASSB). ASSBs are a promising technology due to their enhanced efficiency, energy density, and safety. However, their development is hindered by failure risks, particularly short circuits caused by the growth of metallic dendrites [1] in the solid electrolyte. IFPEN is working on this lithiumbased technology by seeking to optimize the electrode/electrolyte interfaces and control dendrite growth, a key challenge for their market deployment.

The main objective of the internship is to set up controlled experiments with 'model' electrolyte materials with welldefined properties (rheological properties such as viscosity, yield stress, shear modulus, electrical conductivity, etc.) in order to simulate and reproduce the phenomenon of dendrite growth.

The factors influencing dendritic growth will be examined at the battery cell scale by first studying the evolution of copper dendrites in gelled aqueous electrolytes. The data collected during the internship will be used to test numerical models of dendrite propagation in ASSBs, including models from the literature as well as the model currently being developed at IFPEN [2].

The internship could proceed as follows:

• Familiarization with the issue
• Measurement of the properties of gelled electrolytes
• Setting up experiments with a reference aqueous medium
• Establishing appropriate instrumentation for observations (optical microscope coupled with a high-speed camera)
• Studying the influence of the properties of gelled media and the applied load

Depending on progress, it may be possible to apply the methodology to a lithium system or compare the experimental results with numerical simulations performed using the models developed in Yewei Wang's thesis (IFPEN - Université Paris-Saclay ED SMEMAG, 2024-2027).

Your Profile

This engineering/Master's level internship offers the opportunity for the intern to work with a multidisciplinary team and gain experience in a rapidly growing field applied to the energy sector.

Skills required  :

• Electrochemistry; Materials; Instrumentation; 
• Interest in experimentation; Analytical and synthesis skills; Methodical and rigorous.
• Knowledge in material mechanics would be a plus.

Duration : 6 months from February / March 2026
Location : IFPEN Rueil-Malmaison (92) France (Applied Physical Chemistry and Mechanics Division)
Supervisors : Nadège Brusselle, Eric Lécolier

Références
[1] Chams Kharbachi et al. 2021 J. Electrochem. Soc. 168 072507, https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ac15bb/pdf
[2] Y. Wang, L. Cangémi, N. Brusselle-Dupend, N. Guy, S. Abada, M. Merle, Electrochemical-Mechanical Couplings and Damage Effects on Dendrite Growth Prediction in Solid-State Lithium Batteries, IFPEN, International Conference on Materials Science, Engineering and Technology, May 2025, France

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