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Les complexes à transfert de charge comme électrolyte de batterie lithium tout solide

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

Laboratoire Matériaux

Master 2 polymère / matériaux / formulation / électrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0804

laurent.bernard3@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Les accumulateurs lithium-ion ont permis le développement de l'électronique portable et du véhicule électrique. Ils sont particulièrement utilisés en raison de la densité d'énergie qu'ils sont capables de stocker pour un poids et un volume réduits. Le succès de ces systèmes et le développement de nouvelles applications (stockage des énergies renouvelables, objets connectés, ...) requièrent de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour satisfaire les exigences en termes de densité d'énergie, de coût et de sécurité. Dans ce contexte, le remplacement des électrolytes liquides toxiques utilisés actuellement par des électrolytes solides est la prochaine étape. Plusieurs familles de matériaux sont étudiées à cet effet, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Historiquement, le PEO est l'électrolyte solide le plus étudié mais sa conductivité ionique ne permet pas son utilisation dans des batteries à température ambiante. Une nouvelle classe de matériaux conducteurs ionique a récemment été découvert : les complexes à transfert de charges. Ces matériaux présentent des propriétés électrochimiques exceptionnelles pour un électrolyte solide en couplant : une conductivité égale ou supérieur à celle des électrolytes liquides à température ambiante, une large fenêtre de stabilité électrochimique et un nombre de transport élevé. Ces matériaux peuvent aussi se mettre en forme facilement, permettant d'envisager une montée à l'échelle rapide au niveau industriel. Dans cette thèse on se propose d'étudier cette nouvelle classe de matériau. Les objectifs principaux de l'étudiant(e) seront de formuler ces matériaux (polymère ou non), d'étudier leurs propriétés physico chimiques (via DSC, ATG, HPLC-MS, RMN, IR, spectroscopie UV-Vis ?) et de déterminer les paramètres influençant les propriétés électrochimiques ( EIS/ conductivité du lithium, stabilité électrochimique, nombre de transport, cyclage). Enfin, un travail important de caractérisations avancées est envisagé afin de déterminer le mécanisme de conduction du lithium dans les complexes à transfert de charge. Des accès aux grands instruments (ILL/ESRF) sont envisagés à cette fin. Le doctorant travaillera dans les laboratoires du département avec un travail important sous atmosphère inerte. Il travaillera ponctuellement dans les salles anhydres du laboratoire pour la mise en forme de ces matériaux. Il apprendra l'électrochimie, l'élaboration de batteries lithium-ion, leur caractérisation électrochimique, l'extrusion de polymère ? Le/la candidat(e) titulaire d'un master/ diplôme d'ingénieur devra avoir acquis au cours de sa formation des connaissances avancées en chimie des matériaux (organique, polymère) et/ou formulation et/ou électrochimie. Par ailleurs, le/la candidat(e) devra idéalement pouvoir : travailler en autonomie sur son projet de recherche, participer à des séminaires techniques/conférences et participer à la vie du laboratoire.

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Systèmes embarqués Edge-AI autonomes pour la protection de la biodiversité

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ingénieur M2 Electronique, Systèmes Embarquées, Traitement du Signal

01-10-2021

SL-DRT-21-0808

esteban.cabanillas@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Dans le cadre du développement technologique pour la protection de la biodiversité, les outils de mesure permettant de quantifier précisément l'impact des activités humaines (agriculture, éoliennes, antennes, étalement urbain,?) et des stratégies mises en oeuvre pour la protection de la biodiversité restent à développer. La thèse proposée a pour objectif de remédier à ce manque en proposant de développer un système électronique embarqué autonome et fiable permettant de surveiller et quantifier la biodiversité. La thèse s'appuiera sur des solutions technologiques avancées mettant en oeuvre de l'intelligence artificielle embarquée (edge AI), de la récupération et de la gestion d'énergie (modules photovoltaïques, batterie, circuit de gestion d'énergie), du traitement de données provenant de différents capteurs (audio, vidéo) ainsi que de l'électronique basse consommation (hardware et firmware) notamment pour les aspects traitement de l'information et communication. Le coeur de la thèse portera donc sur la minimisation de la consommation énergétique hardware et firmware des systèmes électroniques embarqués implémentant de l'intelligence artificielle et visant l'application "surveillance et protection de la biodiversité". Un dispositif électronique complet (hardware + firmware) mettant en oeuvre ces innovations et déployé en situation réelle est attendu pour la fin de la thèse.

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Nouvelles topologies de circuits intégrés exploitant des composants capacitifs innovants sur silicium

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Stockage et Microsources d Energie

microélectronique, électronique, physique

01-10-2021

SL-DRT-21-0814

sami.oukassi@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'objectif de cette thèse est de d'évaluer l'intérêt des capacités hybrides sur silicium développées au LETI comme composants dans de nouvelles architectures de circuits de conversion d'énergie intégrés. Les capacités hybrides présentent une combinaison de propriétés uniques en termes de densité énergétique (stockage ionique de l'ordre de 40 mJ/mm3) et de réponse fréquentielle (stockage diélectrique démontré jusqu'à 30 GHZ), avec une réalisation technologique sur silicium en 200 mm. Il est proposé dans le cadre de ce projet de concevoir des circuits de conversion d'énergie, par exemple de type convertisseur DCDC à découpage capacitif exploitant les qualités intrinsèques de la capacité hybride développée au LETI.

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Développement d'un dispositif d'analyse de gaz operando pour batteries tout solide et étude de l'impact du dopage sur la stabilité de l'électrolyte

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

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

Electrochemistry, Analythical Chemistry, Mechanics

01-09-2021

SL-DRT-21-0815

irina.profatilova@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Ce doctorat se focalisera sur le développement d'un dispositif de caractérisation pour les batteries « tout solide » et la réalisation d'analyses de gaz opérando pour le développement d'électrolytes solides plus sécurisés. Les batteries « tout solide » représentent un domaine de pointe du développement des batteries modernes pour le transport électrique du futur. Les premiers lots pré-commerciaux de cellules solides avec électrolyte sulfure ont été mis en évidence par Samsung (durée de vie : > 1000 cycles). Cependant, il reste encore beaucoup de problèmes à comprendre et à résoudre pour une commercialisation plus large de ce type de batteries. Le principal obstacle pour les électrolytes à base de sulfure est leur instabilité par rapport à l'humidité. Un autre problème est lié à l'éventuel dégagement de gaz pendant le cyclage. Les méthodes de caractérisation des batteries « tout solide » en sont au tout début de leur développement. Il existe une forte demande d'outils et de méthodes scientifiques pour étudier les différents effets conduisant à la génération de gaz à l'intérieur des batteries et leur dégradation, qui est directement liée à leur sécurité. Les objectifs du présent projet sont 1) le développement de montages expérimentaux pour une étude précise des réactions des électrolytes solides conduisant à la génération de gaz dans diverses conditions et 2) l'obtention d'un électrolyte amélioré pour batteries solides basé sur la compréhension approfondie de sa réactivité. Il existe trois parties principales interconnectées : la construction et l'amélioration des installations, la réalisation d'une analyse fine des électrolytes disponibles et la synthèse d'un échantillon d'électrolyte solide amélioré. Le projet se déroulera au Commissariat Français aux Energies Atomiques et Alternatives (CEA) situé à Grenoble. Il est connu pour son excellent ensemble d'équipements et son expertise dans la recherche et le développement d'énergie plus verte, notamment dans les batteries. Ce centre offre l'opportunité de rejoindre une équipe dynamique et de mener une recherche de haut niveau dans un environnement multidisciplinaire. La région de Grenoble est une célèbre station de ski et de randonnée. Nous recherchons un candidat motivé et proactif pour un doctorat débutant à l'automne 2021 pendant 3 ans. Il existe une assurance maladie pour les étrangers. Un bon anglais oral et écrit ainsi que la capacité de faire des revues de littérature et de rédiger des articles sont essentiels. L'expérience acquise par l'étudiant au cours du doctorat sera sans aucun doute d'un grand intérêt pour un emploi ultérieur.

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Inférence dynamique guidée par l'attention dans les reseaux de neurone de perception pour systèmes mobiles autonomes

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Artificielle Embarquée

Informatique, IA

01-10-2021

SL-DRT-21-0816

karim.benchehida@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les systèmes mobiles autonomes permettent de réaliser de plus en plus de missions de la vie courante comme la livraison, l'inspection ou l'agriculture avec une complexité qui ne fait que croitre. Ces systèmes ont des besoins de positionnement (localisation, estimation de pose) et de perception de leur environnement (détection, classification, suivi d'objets?) pour prendre des décisions pertinentes de navigation par exemple. Pour être efficaces, les récentes approches de l'état de l'art basées sur des réseaux de neurones traitant ces briques de perceptions tendent à utiliser des réseaux de plus en plus ?larges' (nombre de canaux, modalités) ou ?profonds' (nombre de couches de convolution) avec une implication directe sur la complexité calculatoire et la latence de prise de décision. La question de recherche principale qu'on aborde dans cette thèse est l'amélioration de l'efficacité calculatoire des réseaux de neurones (Précision vs. Complexité). Pour cela on souhaite réduire dynamiquement le traitement (via des techniques d'inférence dynamique) et le focaliser (via un mécanisme d'attention) pour permettre l'utilisation de réseaux à grande expressivité non ?embarquables' usuellement. Une implémentation sur une architecture embarquée des technologies issues de ces travaux sera effectuée pour démontrer l'efficacité de l'approche sur un système réel. Le laboratoire d'Intelligence Artificielle Embarquée (LIAE) du CEA disposant de plateformes robotiques mobiles et d'un véhicule électrique entièrement automatisé pour la conduite autonome, les résultats de cette thèse serviront à alimenter les briques de perception embarquées de ces systèmes.

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Raisonnement qualitatif et conception de systèmes complexes

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo. ingénierie des langages exécutables et optimisation

MASTER 2 - DIPLOME D'INGENIEUR en informatique

01-04-2021

SL-DRT-21-0823

jean-pierre.gallois@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

La conception de systèmes complexes est une activité qui touche de nombreux domaines industriels ou de recherche. Cela implique une difficulté de modélisation et de simulation par la nature hétérogène des données impliquées, avec des aspects discrets et continus. Deux approches sont possibles. Les méthodes quantitatives, dont les analyses sont numériques, sont les plus utilisées : leurs résultats sont précis mais elles sont très consommatrices de temps et de ressources. Les méthodes qualitatives reposent sur une interprétation symbolique des modèles, et peuvent être utilisées sans connaître tous les paramètres numériques, en s'appuyant sur des relations de dépendance entre variables. Elles sont moins précises mais peuvent s'appliquer très tôt dans la phase de conception et peuvent servir à orienter les simulations numériques en fonction des objectifs à atteindre et améliorer les résultats de certaines analyses (preuves, optimisation, etc.). Les travaux déjà effectués au laboratoire LIDEO du CEA LIST sur la modélisation et la simulation qualitative seront enrichis par l'intégration de concepts de la physique naïve et du raisonnement de sens commun pour aboutir à une démarche plus proche des concepts métiers. Les résultats seront appliqués pour la modélisation, la simulation mais aussi pour l'optimisation sur des cas d'études représentatifs d'exemples industriels.

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