Méthodologies d'évaluation des paramètres de microstructure d'électrodes de batteries (tortuosité, porosité, surfaces,...) Stage R&D

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.

Méthodologies d’évaluation des paramètres de microstructure d’électrodes de batteries (tortuosité, porosité, surfaces,…)

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. Leur modélisation est un outil nécessaire afin de développer et d’intégrer des systèmes de stockage en optimisant leurs performances. Un des défis majeurs liés à la modélisation concerne la caractérisation des microstructures des électrodes qui joue un rôle crucial dans l’évaluation des densités de puissance des systèmes de stockage ainsi que sur leur comportement électrothermique.

Ainsi, au sein de IFPEN, l’étude et la modélisation du comportement des batteries est une thématique portée par le département Électrochimie et Matériaux. Parallèlement, d’autres départements apportent leurs savoir-faire afin de mettre au point des techniques de caractérisations physico-chimiques innovantes dédiées aux matériaux de batteries.

Mission :

Les recherches menées dans le cadre de cette collaboration permettent aujourd’hui de proposer cette offre de stage afin d’utiliser ces techniques pour quantifier plus finement les propriétés des microstructures des électrodes et leurs conséquences sur les performances des batteries.

Ainsi plusieurs techniques de mesures classiques sont réalisées afin d’évaluer les propriétés de microstructure notamment la porosité ou la tortuosité en utilisant l’imagerie ou la porosimétrie. Par ailleurs de nouvelles méthodologies sont en cours de développement à IFPEN pour la mesure de ces paramètres comme des mesures basées sur la RMN bas champ (cryoporosimétrie et tortuosité par mesure de diffusion par échange de solvant deutéré) ou sur des mesures électrochimiques (spectrométrie d’impédance électrochimique (EIS)).

Le but de ce stage serait donc, à partir d’une étude bibliographique initiale, de mettre en place la méthodologie de mesure de tortuosité à partir de l’EIS ainsi que de préparer des échantillons afin d’évaluer ces paramètres de microstructures en utilisant d’autres techniques de caractérisation. Les résultats de ces différentes approches seront ensuite comparés pour bien comprendre les grandeurs mesurées et valider les méthodes et leurs hypothèses pour la calibration de modèles électrochimiques.

Pour cela, le/la stagiaire sera formé(e) aux différentes méthodes envisagées et devra coordonner une étude expérimentale au sein de plusieurs département d’IFPEN. Après analyses, il/elle devra exploiter les résultats expérimentaux et comparer les différentes méthodes d’analyses entre elles. Enfin en comparant plusieurs échantillons de batterie, il sera possible de comprendre l’impact des conditions de préparation des échantillons sur la microstructure et donc le comportement des cellules.

Le/la stagiaire sera accueilli(e) pendant 6 mois dans le département Electrochimie et matériaux basé sur le site de Solaize et devra interagir avec plusieurs autres équipes situées sur les sites de Rueil-Malmaison et Solaize.

Profil recherché :

Master 2 (Bac+5) ou dernière année d’école d’ingénieur motivé pour mener des travaux de recherche et développement.

• Mesure et expérimentation, caractérisation des matériaux, fonctionnement batterie Li-ion etc.
• Maîtrise des outils de programmation et traitement du signal (Python, etc. )
• Aptitude à travailler en équipe et à communiquer sur son travail.

Mots-clefs : Batterie, caractérisation, microstructure, porosité…
Durée et période du stage : 6 mois entre février et septembre 2025
Lieu du stage : Solaize