Une batterie lithium-ion est composée de cinq composants principaux : anode, cathode, séparateur, électrolyte et collecteur de courant. L’anode est composée d’une feuille de cuivre recouverte de graphite ; la cathode est une feuille d’aluminium recouverte d’un matériau électrochimiquement actif. Le matériau actif est généralement un oxyde de lithium-métal de transition LiMO2, (où M signifie Co, Ni, Mn, Al) ou des matériaux NMC (Ni, Mn et Co) et NCA (Ni, Co et Al), avec des ratios différents entre des métaux particuliers. L’adhérence entre la feuille d’Al et le matériau actif est améliorée par un liant polymère, le plus souvent du fluorure de polyvinylidène (PVDF). La conductivité ionique est assurée par un électrolyte tel que des mélanges de carbonates d’alkyle et de sels de Li, tels que LiPF6.
Catégorie : Doctorats – Post-doctorats
Le Défi Clé PV-STAR propose le financement de post-doctorats dans le domaine du Photovoltaïque en conditions non standard (voir ci-après les thématiques scientifiques couvertes par le Défi Clé).
Context and motivations
Solar thermal technologies rely on the collection of the solar radiation to generate heat (by heating a fluid) that can be used for domestic, residential and industrial purposes. If solar irradiance is concentrated using mirrors, this heat can in turn be used to produce electricity via a turbine. These technologies call for optically efficient components with complex and sometimes conflicting optical behaviors. In particular, the solar receiver should be highly absorbing in the solar range (0.28 – 4 µm) to harvest as much solar radiation as possible, but also lowly emissive in the infrared range (1 – 50 µm) to limit radiative thermal losses. This spectral selectivity can be achieved using multilayered coating architectures, associating lowly emissive (e.g. metals) and highly absorptive materials (e.g. dielectric/ metal/dielectric multilayers or metal-ceramic composites), that need to be optically designed and optimized in terms of layer thicknesses and compositions, to guarantee their high optical performance.
A judicious preselection of materials is also paramount, as the solar receivers should also be resistant to harsh operating conditions such as high temperatures, high solar irradiation, oxidant and erosive atmospheres and high thermomechanical stress for long durations, while remaining optically efficient.
The objective of the project is to explore an innovative avenue for the production of oxygen on the Moon by the concentrated solar pyrolysis of the regolith. This process consists in heating the rocks from the lunar soil (regolith) at very high temperature to extract different materials, including the oxygen necessary for any lunar base project. This process has the advantage of not requiring any resources from the Earth. Preliminary studies have been carried out by CNES/ESA and the proof of concept requires the use of efficient solar concentrators available at the PROMES laboratory in Odeillo. The work will consist in continuing theoretical studies, designing, building and testing a solar pyrolysis device to extract oxygen from rock composed of a mixture of oxides. Other products (i.e. metals or other strategic elements) may also be separated and must be analyzed for recovery. This work should bring out new perspectives for the establishment of a lunar base by in-situ use of the resources present for a further away exploration of space.
L’objectif de cette thèse est la mise en oeuvre d’une démarche PHM destinée aux tubes échangeurs des centrales solaires à concentration équipées de collecteurs cylindro-paraboliques. Les résultats attendus sont le développement, l’analyse et la validation d’algorithmes, utilisant l’apprentissage machine, capables de détecter l’occurrence, de diagnostiquer la nature et de prédire l’évolution des défauts qui peuvent survenir en utilisant des mesures ultrasons. Ces algorithmes devront permettre de diminuer les coûts de maintenance et donc de rendre ces centrales solaires économiquement plus compétitives. De plus, les résultats peuvent aussi être exploités pour optimiser le rendement des centrales conjointement aux travaux qui sont menés actuellement à PROMES sur le contrôle-commande avancé des centrales solaires équipées de collecteurs cylindro-paraboliques.
L’alliance européenne des batteries lancée par la Commission Européenne en 2017 pour bâtir une chaîne de valeur intégrée sur le sol européen porte ses fruits. Quinze projets d’usines de batteries Li-ion ont été lancés en Europe avec une capacité de production de 500 GWh d’ici 2030. Alors qu’elle ne représentait que quelques pourcents de la production mondiale de batteries en 2019, l’Europe pourrait être en mesure de répondre à sa demande intérieure dès 2025. Mais de nombreux défis restent à relever dont la recyclabilité des batteries qui demeure un défi majeur pour l’industrie européenne.
La thèse proposée vise à démontrer, à travers une première approche numérique, la faisabilité des cycles à sorption hybrides pour assurer des fonctions de stockage d’énergie thermique (sous forme de potentiel chimique) et pour produire un effet frigorifique.
L’objet du travail porte sur l’hybridation de l’énergie solaire à concentration et du dessalement de l’eau de mer. A l’aide du rayonnement solaire concentré, il est possible d’élever la température d’un media et apporter la puissance nécessaire afin de générer la vapeur à partir d’eau salée. La difficulté souvent rencontrée est le dépôt de sel sur la paroi chauffante suite à l’évaporation. La réduction des performances thermiques du procédé à cause du dépôt nécessite sa suppression.
Les objectifs de cette thèse sont (i) d’explorer les capacités d’un solveur Euler-Euler pour simuler les écoulements gaz-particules mis en jeu et (ii) d’analyser les simulations réalisées pour étudier la physique des lits fluidisés transportés anisothermes.
La compréhension du vieillissement et de l’endommagement de matériaux destinés à la fabrication des récepteurs solaires est un enjeu dans le cadre de la conception et de la maintenance des centrales à concentration. L’objectif principal de cette thèse est de détecter l’apparition de défauts mécaniques sur des récepteurs CSP avant qu’une éventuelle rupture ne se produise et mette en péril l’intégralité de la centrale.