Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Batteries Li/S tout solide à électrolyte sulfure solide

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

Laboratoire Matériaux

Master2 recherche chimie-physique, électrochimie,physique du solide

01-04-2019

SL-DRT-19-0653

Vasily.TARNOPOLSKIY@cea.fr

Afin d'augmenter les performances des batteries lithium, les recherches se tournent vers le développement de batteries "tout-solide", basées sur des technologies d'électrolytes polymères ou inorganiques. Parmi les meilleurs candidats d'électrolytes solides, les sulfures offrent les meilleures conductivités ioniques à température ambiante, équivalentes aux électrolytes liquides organiques. Cette famille d'électrolyte solide présente également d'autres intérêts comme la température de synthèse (plus basse que les oxydes), la facilité de mise en ?uvre (matériaux malléables, pressage à froid). Les limitations actuelles à l'utilisation d'électrolytes solides sulfures sont liées à la réactivité des matériaux aux électrodes. En effet, les sulfures, en particulier de type verre-céramiques Li2S-P2S5, sont des matériaux réactifs à la fois à l'électrode négative (par exemple avec le lithium métal, formation d'une couche passive) et à l'électrode positive (type oxyde lamellaire, décomposition de l'électrolyte à haute tension). L'objectif de la thèse se propose d'évaluer l'intérêt des électrolytes solides sulfures avec un matériau de cathode « basse tension », le soufre élémentaire. Ce matériau présente un potentiel de fonctionnement bien plus bas que les matériaux de cathodes usuels (~2 V), qui est compensé par la capacité théorique spécifique très importante du soufre (1675 mAh/g). Afin de tirer parti au maximum de la capacité du soufre, ce matériau de cathode est pressenti dans les systèmes Li métal. Le système Li/S a été étudié en électrolyte liquide au LITEN depuis 10 ans. De nombreux progrès ont été réalisés à l'électrode positive, permettant d'obtenir des performances encourageantes. Ces progrès ont également permis de mettre en évidence les limitations actuelles du système Li/S en électrolyte liquide, liées à la mauvaise cyclabilité de l'électrode de lithium métal. Une des solutions consiste à développer un système Li/S tout-solide. Tandis que la stabilité des sulfures à haute tension est problématique, l'utilisation d'une cathode « basse tension » devrait permettre de reconsidérer l'option très prometteuse des électrolytes sulfures. Sur la base des compétences développées par le passé à la fois sur le système Li/S et sur les électrolytes sulfures, le sujet de thèse se propose d'élaborer les premières briques en système complet Li/sulfures/S. En particulier, l'objectif sera de développer une formulation de cathode optimisée permettant de pallier aux changements de morphologie et à l'expansion volumique de la cathode lors de la formation des produits de décharge. Cette thèse aura également pour objectif d'étudier et d'optimiser l'interface électrolyte solide/lithium métal. Cette tâche sera générique aux autres systèmes de cathode, et pourra nécessiter l'utilisation d'intercouches ou de dopant pour passiver efficacement le lithium métal. A la fin de la thèse, une preuve de concept sera réalisée en cellule de type pouch cells. Le gain en sécurité lié à l'utilisation de l'électrolyte solide sera également évalué, en lien avec la thèse sur ce même sujet proposée par le STB/SAMA.

Simulation réaliste basée sur des techniques d'apprentissage pour l'amélioration du diagnostic en contrôle non destructif

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

M2 en mathématiques apppliqueées/ statisques / physique

01-09-2019

SL-DRT-19-0657

roberto.miorelli@cea.fr

Le développement d'outils de diagnostic automatique est un sujet de recherche très actif dans le domaine du contrôle non destructif, car il s'inscrit dans la stratégie de modernisation et de gestion améliorée des lignes de production au niveau européen [1]. Ces outils visent à fournir à une chaîne de contrôle de plus haut niveau une évaluation qualitative ou quantitative de l'état du matériau inspecté (état sain, endommagé, dimensionnement, criticité de l'anomalie). L'institut CEA LIST est reconnu internationalement comme un acteur majeur de recherche dans le domaine du contrôle. Il développe la plateforme CIVA [2], qui est reconnue comme l'un des principaux logiciels de simulation multi-physique du domaine. Une modélisation fiable et précise des phénomènes physiques mis en jeu dans la mesure non destructive est un atout important dans une démarche de caractérisation des indications contenues dans le signal expérimental [3]. Cependant, elle ne tient pas compte des perturbations et de la variabilité des entrées caractéristiques de toute expérience de mesure, c'est pourquoi on peut par exemple facilement distinguer un signal simulé « parfait » d'une acquisition expérimentale. Le sujet de thèse proposé vise à développer une solution permettant de réduire l'écart entre signaux simulés et expérimentaux, en augmentant la simulation avec une contribution supplémentaire que l'on peut qualifier de « bruit » et qui représente tout ce qui n'est pas le signal physique déterministe régi par le jeu d'équations physiques correspondant à la mesure étudiée (ultrasons, électromagnétisme). La stratégie pour calculer cette contribution consiste à appliquer des méthodes d'apprentissage à un jeu de données expérimental représentatif, ou a entraîner un réseau de neurones à dissocier dans des acquisitions réelles le contenu (les signatures de défauts) du style (le reste, qui n'est pas simulé). Par la suite cette simulation augmentée sera utilisée dans des processus d'analyse de sensibilité, de gestion des incertitudes et de diagnostic automatique développés au CEA LIST. Elle permettra d'obtenir une meilleure adéquation entre la simulation et l'expérience, ainsi que la prise en compte de potentielles dérives cas-dépendantes dues à un environnement particulier. RÉFÉRENCES [1] http://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/opportunities/h2020/topics/dt-fof-08-2019.html [2] www.extende.com [3] M. Salucci et al., "Real-Time NDT-NDE Through an Innovative Adaptive Partial Least Squares SVR Inversion Approach," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 54, no. 11, pp. 6818-6832, Nov. 2016.

Analyses de logiciels pour la sécurité : combiner déduction et apprentissage

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

M2 informatique, expérience claire de recherche (stages)

01-10-2019

SL-DRT-19-0658

sebastien.bardin@cea.fr

Le but général de ce sujet de thèse est de comprendre comment les méthodes déductives de raisonnement automatique (développées typiquement en analyse de programme) peuvent se combiner aux méthodes inductives d'apprentissage automatique (développées en Intelligence Artificielle), afin d'aboutir à des méthodes automatique d'analyse de code capables d'inférer de manière précise et prouvée le comportement de (morceaux de) programmes, puis d'appliquer ces résultats à des problèmes de sécurité logicielle, comme la rétro-ingénierie ou le renforcement de code. Nous étudierons plus particulièrement l'apprentissage symbolique (acquisition de contraintes) et les méthodes déductives de type exécution symbolique et solveurs SMT.

Le Sélecteur Backend: du développement du matériau jusqu'aux performances du dispositif

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 ou ingénieur en micro nano-electronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0659

gabriele.navarro@cea.fr

La montée en maturité des technologies de mémoire résistives non-volatiles NVRM (comme les mémoires à changement de phase PCM) à la fois pour les application Storage Class Memory (SCM) et embarquées a démontrée dans les dernières années la nécessité de développer des dispositifs de sélection « backend » pour remplacer la sélection par transistor. Cette technologie permet l'empilement de plusieurs niveaux de mémoire en 3D, dans une architecture des type « Crossbar », en augmentant la densité de stockage tout en profitant des performances extraordinaires des dispositifs NVRM. Le LETI est aujourd'hui à l'état de l'art par rapport au développement des matériaux pour l'intégration dans des dispositifs sélecteurs BEOL, notamment pour les OTS (Ovonic Threshold Switching). Dans le cadre de cette thèse des nouveaux matériaux seront explorés pour atteindre les spécifications d'endurance, stabilité en température, tension de seuil et capabilité de mise à l'échelle de plus en plus strictes. Pour cela, la compréhension des phénoménologies liées au fonctionnement de ces dispositifs devient fondamentale. De plus, des nouvelles architectures de co-intégration mémoire+sélecteur seront investiguées pour enfin atteindre l'intégration de ces solutions dans un démonstrateur Crossbar avancé. Le candidat doit de préférence avoir un très bon niveau de connaissance en physique des semi-conducteurs et en science des matériaux. Le candidat sera en contact avec des experts de différents domaines car le travail demandé est multidisciplinaire (matériaux, intégration, caractérisation électrique et physico-chimique, modélisation). En outre, il est demandé un bon esprit d'équipe et une bonne maîtrise de la langue anglaise.

Impact de l'integration étirable sur les technologies imprimées

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Composants Optiques Imprimés

Master2 recherche matériaux, électronique, microélectronique, optique

01-10-2019

SL-DRT-19-0662

mohammed.benwadih@cea.fr

L'extensibilité constitue un défi majeur que doit aujourd'hui relever l'électronique imprimée pour permettre l'intégration des fonctionnalités imprimées (capteurs, actuateurs, systèmes de récupération d'énergie) au c?ur des systèmes. L'intégration au plus près de la fonction/de l'utilisation impose en effet de nouvelles contraintes dans le cahier des charges des composants : étirable, léger, capacité à être co-intégré avec des éléments ayant des caractéristiques très différentes (rigide/étirable). Cette thèse a pour objectif d'étudier l'impact de ces nouvelles contraintes sur les technologies imprimées sur la plateforme PICTIC du CEA Grenoble, qui met en valeur des substrats plastiques grâce à l'impression de fonctions électroniques. L'étude portera d'abord sur des briques de base de l'électronique imprimés (conducteur, diélectrique, capacité simple, semi-conducteur organique) et mise en application sur quelques composants bien maîtrisés au laboratoire (capteurs et transistor) sur substrats plastiques usuels. L'étude mettrait en évidence les modifications à apporter sur les empilements standards, sur les architectures ainsi que les points bloquants matériaux. La dernière partie de la thèse s'attachera à cointégrer des capteurs étirables et les transistors souples/semi-rigides.

Analyse et modélisation de l'évolution de nouveaux materiaux actifs lors des premiers cycles d'une batterie Li-Ion

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

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

M2 ou ecole d'ingénieurs, electrochmie, modelisation

01-10-2019

SL-DRT-19-0664

benoit.mathieu@cea.fr

Dans le cadre de la transition énergétique, le stockage de l'énergie est un enjeu majeur. Il apparait cependant nécessaire d'augmenter la capacité de stockage des batteries et une est l'utilisation du silicium en complément du graphite pour l'électrode négative. Le développement des batteries basées sur ces matériaux est freiné par leur instabilité, liée au gonflement du silicium lors de l'insertion du lithium. Les premiers cycles de fonctionnement apparaissent fondamentaux pour la compréhension du fonctionnement à long terme Ce projet de thèse a pour objectif la compréhension et la modélisation du comportement mécanique de ces nouvelles électrodes. Il repose sur 3 équipes : A Saclay, on synthétisera des matériaux à façon : nanoparticules de silicium, alliages silicium/germanium, coeur@coquille où la coquille sera du carbone. On utilisera aussi comme référence des matériaux de type silicium/graphite commerciaux. Le comportement des matériaux sera étudié à Grenoble à l'aide d'un diffractomètre de laboratoire permettant des analyses in-situ et operando et des grands instruments tels que ESRF ou SOLEIL. Ces mesures fourniront des informations sur la contrainte à l'intérieur du silicium mais aussi sur l'état de lithiation du graphite et permettront la modélisation de l'électrochimie de l'insertion du lithium dans le silicium, notamment la dépendance en temps de l'hystérésis, encore mal comprise. L'objectif de la thèse est de construire un modèle de batterie basé sur la physique qui permette : à partir d'expériences « simples » de mesures de gonflement, de mesures de performances électriques des cellules et de cyclages en début de vie et du modèle numérique, de déduire le comportement mécanique et électrochimique des cellules à l'échelle des grains et des agglomérats ; à partir de ces données, de prédire certaines caractéristiques de vieillissement des cellules à long terme, liées à la mécanique.

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