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Modélisation : du matériau au système électrochimique

Modélisation : du matériau au système électrochimique


Coordinateur:
Prof. Alejandro Franco

Les activités de recherche de cette thématique gravitent autour de la modélisation mathématique et de la simulation numérique des systèmes électrochimiques pour le stockage et la conversion de l’énergie, de l’échelle du matériau à l’échelle du dispositif : batteries à ions lithium, lithium air, lithium soufre, batteries à flux redox, piles à combustible, électrolyseurs et cellules à colorant. Ces activités visent à accompagner et à orienter les expérimentateurs et les industriels en quête de systèmes électrochimiques plus performants, mais aussi souhaitant comprendre, interpréter et prédire les mécanismes mis en jeu dans ces systèmes complexes.

Le travail de modélisation en lui-même consiste en la formulation du problème physique, la mise en équations mathématiques, et l'écriture de programmes informatiques visant à résoudre les équations. Ce travail est développé en lien étroit avec des caractérisations expérimentales permettant de déterminer certaines grandeurs physicochimiques qui sont ensuite utilisées comme paramètres d'entrée des modèles. Ces caractérisations peuvent porter sur l'étude d'objets prototypes ou commerciaux (ex: les cellules Li-ion commerciales) ou peuvent correspondre à des systèmes « modèles » simplifiés, qui permettent de se focaliser sur un mécanisme physicochimique bien déterminé de manière à l'étudier en détail (i.e. expérience modèle). La thématique adopte également une démarche de modélisation multi-échelle, consistant à déterminer des paramètres à partir de calculs théoriques réalisés à des échelles atomiques et moléculaires, qui sont ensuite injectés dans des modèles d’échelle supérieure.

La thématique est animée par des chercheurs avec des expertises fortement complémentaires, ce qui a permis de doter le LRCS d’un large éventail de méthodes de simulation, dont certaines pionnières au niveau international, et majoritairement implémentées dans des outils logiciels développés en interne : ex. méthodes de la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), dynamique moléculaire à grains grossiers, méthodes Monte Carlo cinétique, méthodes dites « de champs de phases », modèles de type continuum et de type multi-échelles hybrides.

Les activités de recherche concernent :

- la Modélisation de la réactivité des matériaux et des interfaces électrochimiques
- la Modélisation des batteries lithium air et lithium soufre et Redox Flow
- la Modélisation des procédés de fabrication et d’autres systèmes électrochimiques (piles à combustible, électrolyseurs, cellules à colorants…)
- l’étude et Modélisation du vieillissement de cellules Li-ion