Loïs BRIOT : " Compréhension et modélisation du comportement et du vieillissement des espèces électroactives organiques : exemple des batteries à circulation

Résumé : Avec l’augmentation constante de la demande en énergie mondiale et la nécessité de restreindre l’empreinte environnementale associée, la recherche pour de nouvelles sources d’énergies renouvelables et de moyens de stocker cette énergie croît constamment. Les batteries à circulation organiques sont prometteuses pour de telles applications de stockage d’électricité stationnaire. À ce stade de leur développement, les dégradations qu’elles subissent empêchent encore leur application dans des usages à long terme. Pour étudier ces dégradations, nous utilisons dans cette thèse une approche combinant travail expérimental et modélisation, en se basant sur le système d’étude 2,6-DHAQ/ferrocyanure. Le modèle physique en 0D développé durant ce travail combine électrochimie, conservation de la masse et équations de dégradations. Les dégradations considérées sont soit chimique, soit électrochimiques. En parallèle de ce travail de modélisation, nous avons développé un banc de test permettant de cycler jusqu’à 8 cellules en parallèle. Cette installation est utilisée pour explorer différentes conditions de température, courant et tension, et comment ces conditions influencent le vieillissement de la batterie. Des expériences de vieillissement calendaire sont aussi effectuées, afin d’étudier l’impact de la température et de l’état de charge des électrolytes sur leur dégradation. Les principaux résultats issus de ces essais sont que le SOC et la température influencent a priori peu la cinétique de dégradation chimique (déterminée grâce au vieillissement calendaire). La température et la tension maximale de coupure ont un fort impact sur le vieillissement durant le cyclage, tandis que l’influence de la densité de courant appliquée sur la perte de capacité est faible. Le modèle est ensuite calibré puis validé grâce aux résultats expérimentaux. Le modèle fonctionne bien dans les conditions standard de cyclage et quand la densité de courant augmente, malheureusement son utilisation est limitée dans le cas où la tension limite maximale diminue. Ce phénomène est probablement lié au fait que notre modèle ne prend pas en compte les réactions électrochimiques réversibles, qui pourraient arriver entre 1.5 et 1.6V. Des pistes d’extrapolation du modèle sont de le transposer à d’autres couples redox étant donné que c’est un modèle générique, ou bien de l’utiliser pour identifier des profils de capacité typiques d’un certain type de dégradation.

Composition du jury : 

Marie-Cécile PERA, Professeure des universités, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Sophie DIDIERJEAN, Professeure, Université de Lorraine, Rapporteur

Philippe POIZOT, Professeur, Université de Nantes, Examinateur

Florence GENESTE, Directrice de recherche, Université de Rennes 1, Rapporteur

Martin PETIT, Cadre scientifique des EPIC, IFPEN Solaize, Co-encadrant de thèse

Localisation : IFPEN Rond point de l'échangeur de Solaize 69360 SOLAIZE - salle Amphithéâtre AIG-10