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Sciences pour l'ingénieur >> Chimie physique et électrochimie
2 proposition(s).

Amélioration de la simulation de la durabilité des batteries de véhicules par le développement d'une méthodologie de prédiction de durée de vie

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

matériaux, vieillissement, analyses physicochimiques, traitement de données.

01-10-2019

SL-DRT-19-0546

sylvie.genies@cea.fr

Afin de répondre aux exigences environnementales pour la mobilité, le développement des technologies de batteries destinées aux véhicules connaît actuellement une forte activité. Si les mécanismes physicochimiques de dégradation des batteries Li-ion sont connus et relativement bien décrits; l'approche du domaine a consisté à améliorer les performances des batteries en jouant sur le choix des matériaux, de leurs mises en ?uvre et une optimisation technologique. La question du vieillissement et de la durabilité n'a été abordée que sur un plan des pertes de performances et ne tient pas compte de l'ensemble du système, de son usage et de son environnement. La prédiction de durée de vie est un aspect important de la mise sur le marché et du déploiement d'une technologie et doit être traitée en amont lors des phases de conception et de développement. Dans le domaine des batteries, les lois de vieillissement ont été établies sans liens étroits avec les usages. Par ailleurs, les approches de simulation dans le domaine s'appuies sur des loies de vieillissement semi-empirique ou phénoménologiques et ne permettent pas de modéliser de façon fiable et universelle le comportement des batteries. Par ailleurs les approches multi-physique de modélisation requière une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation. La représentativité des essais de vieillissement et l'établissement de lois de dégradation représentatives des usages sont donc primordiales pour améliorer les modèles et pouvoir simuler le système dans le cadre d'une application réelle telles que le transport. L'objectif de cette thèse est d'étudier la durabilité des batteries pour véhicules en vue d'établir une méthodologie de prédiction de durée de vie spécifique aux batteries. Pour cela le travail s'appuiera sur les méthodologies déjà développées dans les domaines technologiques matures. Celles-ci se décomposent en plusieurs phases : 1- Une analyse du système afin de déterminer les risques et les modes de défaillances. Cette première étape permettra notamment d'identifier et de hiérarchiser les niveaux de stress vu par les batteries qui sont responsables de leur vieillissement. 2- La deuxième étape consiste à mettre en place des vieillissements accélérés afin d'étudier l'impact de ces facteurs de stress sur le comportement des batteries. L'étude se fera sur des stress individuels, mais aussi sur leurs couplages. La prise en compte des sollicitations réelles joue ici un rôle primordial pour la conduite de cette étape. 3- La troisième étape consiste, à partir des essais accélérés ainsi qu'une analyse du comportement réelle en situation, en l'établissement de lois de vieillissement. De ces lois et en fonction des conditions d'usage, il est possible pour chaque situation (cas d'application réelle) d'établir une prédiction de durée de vie. Cette thèse se propose d'appliquer cette méthodologie au domaine des batteries pour la mobilité, car le domaine présente le niveau de maturité suffisant. Elle se basera à la fois sur des études expérimentales de vieillissement accéléré, l'identification des mécanismes de dégradation par des analyses structurales. Une comparaison avec les résultats de la littérature et du retour d'expériences en situation réelle dans des véhicules permettra d'identifier et de quantifier les facteurs de stress en lien avec les usages réels et de valider les mécanismes. Dans un premier temps, une étude bibliographique approfondie permettra d'identifier les mécanismes de vieillissement, les usages, les méthodes et les modèles de la littérature relevant de la question de la durabilité des batteries. Dans un deuxième temps, des vieillissements accélérés seront menés sur batteries. Dans le même temps, une analyse des données issues du suivi des flottes de véhicules sera faite ainsi que des données de la littérature afin d'identifier les facteurs de stress, leurs niveaux et leurs fréquences. Une analyse critique des conditions d'essais actuellement menés ou préconisés par le domaine, couplée à l'étude des sollicitations réelles, permettra de déterminer des protocoles pertinents. Un travail d'analyse des différents modèles de la littérature sera également fait afin de déterminer leurs domaines de validité et ainsi avoir une approche critique sur l'établissement des lois qui seront établies dans le cadre de cette thèse pour la prédiction de durée de vie. Enfin, une corrélation entre les essais accélérés et les vieillissements en situation réelle sera menée par une comparaison des phénomènes de dégradations et la représentativité des cinétiques de pertes de performances. l'implantation des lois de vieillissement ainsi déterminer dans les modélisations permettra de valider par la confrontation a des cas d'étude l'amélioration des simulations faite au département

Transistors synaptiques nanoionique à effet de champ pour applications neuromorphiques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Micro-Batteries Embarquées

physique/électrochimie

01-09-2019

SL-DRT-19-0631

sami.oukassi@cea.fr

Le calcul neuromorphique représente une innovation technologique majeure qui vise à effectuer des opérations logiques de façon intelligente et avec une très faible consommation d'énergie, et nécessite la construction de systèmes faisant appel à des éléments synaptiques bio-réalistes, avec des mécanismes de configuration robustes. En conséquence, il existe une forte recrudescence d'intérêt de recherche autour de la construction de systèmes neuromorphiques, en particulier en exploitant l'évolutivité et la fonctionnalité des dispositifs émergents (memristors, Reram). Récemment, Il a été observé un intérêt croissant pour les architectures à trois terminaux (memtransistors), dont l'architecture a été jugée favorable pour réaliser des fonctions synaptiques complexes. Aujourd'hui, le transistor ionique à effet de champs apparait comme l'un des candidats les plus prometteurs, en raison de sa faible consommation énergétique, son évolutivité et son intégration. L'architecture du composant est basée sur l'utilisation d'un conducteur ionique comme un diélectrique de grille pour contrôler la migration d'ions depuis et vers le canal du transistor. Dans ce contexte, l'objectifs de cette thèse est l'étude de nouvelles architectures de transistors ioniques tout solide en tant que composant synaptiques pour applications neuromorphiques. L'objectif principal de la thèse est d'évaluation du comportement synaptique des transistors ioniques à effet de champs. Pour ce faire, une sélection de matériaux ainsi que différentes architectures de composants seront caractérisées : (i) canal à conducteur ionique simple ou (ii) canal double à conducteur ionique/électrode d'insertion. Le comportement synaptique sera évalué en termes de linéarité, symétrie, consommation énergétique etc? une phase de modélisation pourra être mise en ?uvre pour analyser les effets physiques ayant lieu au cours du fonctionnement du composant : la migration d'ions, le mode d'accumulation dans les différentes phases et interfaces seront décrits et simulés. Les différentes solutions technologiques seront ensuite évaluées en fonction des résultats obtenus. Ensuite, les différentes corrélations entre les aspects matériaux/empilements et performances synaptiques seront établies dans l'optique de proposer de nouvelles architectures optimisées.

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