Mise en œuvre de systèmes de mesure mécanique pour la détermination d'indicateurs sur l'état de dégradation des batteries Li-ion

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.

Mise en œuvre de systèmes de mesure mécanique pour la détermination d’indicateurs sur l’état de dégradation des batteries Li-ion 

Les batteries lithium-ion sont essentielles à la mobilité électrique et au stockage stationnaire, mais leur déploiement nécessite d’améliorer leur sécurité, leur durabilité et leur fiabilité. Les mesures électriques et thermiques utilisées actuellement ne permettent pas toujours de détecter précocement les mécanismes de vieillissement. La mesure des déformations mécaniques des cellules pourrait donc fournir des informations complémentaires sur leur état de santé et leur dégradation.

Dans ce contexte, IFPEN propose un stage de Master 2 au sein de la direction Physico-chimie et Mécanique appliquées, consacré au développement d’un système de suivi multiphysique des batteries Li-ion.

Objectifs

L’objectif du stage sera d’identifier les moyens de mesures physiques et d’étudier dans quelle mesure les déformations mesurées à la surface de cellules Li-ion prismatiques peuvent être corrélées :

• à l’état de charge de la cellule ;
• à son état de santé et à son niveau de vieillissement ;
• aux conditions de fonctionnement ;
• aux premiers signes de mécanismes de dégradation internes.

Une attention particulière sera portée à la distinction entre les déformations réversibles, associées au fonctionnement normal de la cellule, et les évolutions irréversibles liées au vieillissement.

Missions

Le ou la stagiaire aura pour missions de :

1. Réaliser un état de l’art sur les méthodes de mesure des déformations et du gonflement des cellules Li-ion.
2. Contribuer à la définition et à l’optimisation d’une instrumentation mécanique adaptée aux cellules prismatiques.
3. Mettre en œuvre des jauges de déformation résistives et, selon l’avancement du projet, des capteurs à fibres optiques de type FBG ou autres.
4. Réaliser / suivre des essais électrochimiques, mécaniques et thermiques couplés.
5. Analyser simultanément les grandeurs électriques, thermiques et mécaniques au cours de cycles de charge et de décharge pour établir les corrélations entre les signaux de déformation, l’état de charge et l’évolution des performances de la cellule ;
6. Identifier les signatures mécaniques associées au fonctionnement normal et aux premiers stades de vieillissement ;
7. Proposer des recommandations pour des mesures pertinentes.

Selon les résultats obtenus et la durée effective du stage, des essais complémentaires pourront être réalisés sur des cellules soumises à une contrainte mécanique représentative de leur intégration dans un module batterie.

Le ou la stagiaire bénéficiera des interactions avec les équipes IFPEN impliquées dans les domaines de l’électrochimie, de la mécanique, de l’instrumentation et de la caractérisation des matériaux.

Profil recherché

Étudiant(e) en deuxième année de master 2 ou en dernière année d’école d’ingénieur, les compétences suivantes seront appréciées :

• Mécanique, matériaux, instrumentation ou métrologie ;
• Électrochimie, génie des procédés ou systèmes énergétiques ;
• Sciences physiques ou ingénierie expérimentale.

Le ou la candidate devra idéalement disposer de compétences en :

• Expérimentation et acquisition de données ;
• Analyse de mesures mécaniques, électriques ou thermiques ;
• Instrumentation et métrologie ;
• Analyse bibliographique et rédaction scientifique.

Des connaissances en batteries Li-ion, électrochimie, mécanique des matériaux ou capteurs à fibres optiques seront appréciées, sans être indispensables si le ou la candidate présente une forte motivation pour la recherche expérimentale.

Nous recherchons une personne :

• Rigoureuse et attirée par l’expérimentation ;
• Capable d’analyser des phénomènes multiphysiques ;
• Autonome dans l’organisation de son travail ;
• A l’aise dans l’exploitation et l’interprétation de données ;
• Appréciant le travail en équipe ;
• Intéressée par une poursuite en doctorat.

Informations pratiques

• Niveau : Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur ;
• Durée : environ 6 mois ;
• Lieu : IFP Energies nouvelles, établissement de Lyon, Rond-point de l'échangeur de Solaize BP 3 69360 Solaize, https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/ifpen/presentation

• Période : à définir, idéalement à partir de mars 2027 ;
• Encadrement : Fabrice DELEAU
• Indemnité prévue 

Perspectives

Ce stage est conçu pour préparer une poursuite en thèse sur le développement de systèmes de mesure par jauge, fibres optiques FBG et autres moyens de mesures pour la détection précoce de l’état physique et du niveau de dégradation des cellules Li-ion. Sous réserve de la qualité des résultats obtenus, de la validation du projet scientifique et de la disponibilité d’un financement, une poursuite en doctorat pourra être envisagée à l’issue du stage.

Contact :

Fabrice DELEAU
Ingénieur de Recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées – R172
IFP Energies nouvelles - Etablissement de Lyon

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