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29 nov
29/11/2019 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : François CADIOU

Étude de l’impact de la microstructure sur les propriétés effectives électriques des batteries lithium-ion ; acquisition et simulations sur des microstructures réelles et génération d’architectures numériques

Doctorant : François CADIOU

Laboratoire INSA : MATEIS
Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Cette étude porte sur la compréhension du lien existant entre l’architecture microstructurelle et les propriétés effectives de conductivité dans les électrodes des batteries Li-ion.
Les batteries Li-ion sont très intéressantes pour des domaines tels que le transport électrique.
En effet, elles présentent une grande densité d’énergie et de puissance ce qui en fait de bons substituts pour les moteurs thermiques. Cependant, même si elles sont maintenant assez largement utilisées dans beaucoup de domaines, il y a toujours besoin d’en optimiser les performances. Ceci passe par une meilleure compréhension de l’impact de la microstructure sur les propriétés effectives pour réduire l’écart entre théorie et pratique.
L’attention est portée ici sur les électrodes positives des batteries lithium-ion. Les caractéristiques tridimensionnelles telles que la percolation ou la tortuosité ont un fort impact sur les propriétés à l'échelle macroscopique. Leur étude nécessite l’utilisation de techniques d’imagerie 3D comme la tomographie aux rayons X et la tomographie sériée par faisceau d’ions focalisés et MEB (FIB/SEM) pour obtenir des données quantitatives et en interpréter les propriétés de transport de charge.
Ces volumes sont alors traités (segmentation et analyses morphologiques) et utilisés comme base pour des simulations numériques. La méthode FFT (Fast Fourrier Transform) avec opérateur de Green « discret » est choisie. Ces simulations permettent soit de remonter aux propriétés de conduction des phases, à l’aide de mesures électrochimiques globales, par méthode inverse, soit de prédire la conductivité effective, en utilisant des propriétés mesurées localement expérimentalement.
Les microstructures 3D numériques peuvent également être altérées afin de prédire l’impact, sur ses propriétés effectives, de changements de composition dans la formulation de l’électrode.
De nouveaux outils consacrés à la meilleure compréhension de la relation entre microstructure, propriétés effectives et performance des batteries lithium-ion sont développés.

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre Clémence-Augustine Royer, Bâtiment Jacqueline Ferrand (Villeurbanne)