(H/F) Thèse en modélisation multi-physique de flux et électrochimie dans les batteries à flux redox

Sujet de thèse :
La batterie à flux redox (RFB) est considérée comme une alternative économique au stockage d'énergie stationnaire, essentielle pour préserver les énergies vertes (éoliennes, solaires, etc.) intermittentes. Le stockage d'énergie dans la RFB s'effectue en modifiant l'état redox des électrolytes dans les réservoirs par des réactions électrochimiques. Pour augmenter la densité de courant de charge/décharge de la RFB, trois stratégies sont possibles : (1) Augmenter la cinétique de transfert de charge sur l'électrode. Cela dépend de l'électrolyte et du matériau d'électrode choisis ; (2) Augmenter la surface active de l'électrode. Ceci est généralement obtenu en utilisant des électrodes poreuses telles que le feutre de carbone ; (3) Améliorer le transport de masse de l'électrolyte par la gestion du flux. Il s'agit d'un enjeu clé de la RFB. D'une part, le flux peut accélérer le transport de masse de l'électrolyte et augmenter la densité de courant de charge/décharge, mais d'autre part, il est également source de la perte d'énergie. La pression élevée dans le flux peut également engendrer des difficultés techniques, telles que des fuites d'électrolyte. A noter que (2) et (3) dépendent fortement de la géométrie de l'électrode, ce qui revêt une importance cruciale dans la conception de la batterie.
Ce travail de thèse visera à optimiser les performances des batteries à flux redox en gérant les aspects mentionnés ci-dessus. Il s'appuiera principalement sur des simulations numériques de l'électrochimie et de l'écoulement. Le flux de travail général sera le suivant : conception de la géométrie de l'électrode - Simulation de l'écoulement par CFD - Simulation des processus électrochimiques avec cinétique de transfert de charge et transport de masse à partir de l'écoulement - Validation expérimentale des résultats de simulation (en collaboration avec des expérimentateurs). La gestion thermique sera également prise en compte. De plus, une analyse des risques basée sur l'hétérogénéité de la batterie sera explorée pour évaluer la durabilité des batteries.
Expectations du candidat(e) :
Solide formation en ingénierie, notamment en résolution d'équations aux dérivées partielles par la méthode des éléments finis.
Bonnes connaissances en électrochimie et en dynamique des fluides.
Communication orale et écrite en anglais.
Expérience de l'utilisation de COMSOL est appréciée.
Contexte :
La thèse est soutenu par le projet PEPR « Approche radicale pour la réalisation de batteries à flux redox organiques aqueuses à haute stabilité » (RADICAL), qui vise à développer des batteries à flux redox organiques aqueuses sans ressources critiques et stables à long terme. Le/La doctorant(e) sera co-encadré(e) par Dr Liang Liu, Chargé de Recherche CNRS au Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (LCPME), et Professeure Sophie Didierjean du Laboratoire Énergies & Mécaniques Th
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...