Projets ciblés du PEPR Batteries
BATMAN : Le projet vise l’exploration de données, l’intelligence artificielle et les jumeaux numériques pour la nouvelle génération de batteries.
Le projet vise trois objectifs pour lesquels les expériences seules ne peuvent apporter de réponses définitives : le criblage haut débit d'électrolytes optimisés pour les batteries de prochaine génération et de matériaux pour les dispositifs à haute puissance, la compréhension des réactions chimiques qui se produisent aux interfaces des batteries et le développement de jumeaux numériques pour optimiser les processus de fabrication des batteries. L'essor des calculateurs haute performance permet désormais d'automatiser et de gérer des flux de travail complexes. Cela permettra d’aborder les calculs de structure électronique ou des simulations de dynamique moléculaire et ainsi être utilisés pour cribler les propriétés de grandes bases de données de matériaux, qu'ils aient déjà été synthétisés ou non.
Partenaires : Sorbonne Université, Université Toulouse III – Paul Sabatier, Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur, Centre National de la Recherche Scientifique, Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives, IFP Énergies nouvelles
Laboratoires : PHENIX, CIRIMAT, ICGM, IFPEN, IMPMC, IRIG, LITEN, LRCS, CINES
HIPOHYBAT : Batteries hybrides et de forte puissance
Les applications de haute puissance, où l’absorption et la restitution rapide d'énergie doivent être réalisées en quelques minutes, sont actuellement considérées comme critiques dans de nombreux segments de marché. L'objectif de ce projet est de concevoir des batteries dont les performances électriques ne sont pas actuellement disponibles sur le marché, afin de répondre aux besoins de diverses applications qui ne peuvent être comblées par les technologies de batteries actuelles. Ce projet a pour objectif d’ouvrir la voie à des approches scientifiques innovantes dédiées à l'émergence de deux technologies de batteries de haute puissance :
a) Batterie Na-ion de haute puissance : 150 Wh/kg, moins de 5 minutes de charge
b) Batterie haute puissance avec une densité d'énergie de 50 Wh/kg, une charge en moins d'une minute, et une durée de vie > 50 000 cycles
Partenaires : CNRS, CEA, Université Toulouse III
Laboratoires : IRIG, IRAMIS, LITEN, CIRIMAT, CSE, ICGM, ICMCB, IEMN, IMN, IS2M, LRCS
LIMASSE : Batteries tout solide Li-métal
Les objectifs de ce projet sont de développer des prototypes fiables de batteries solides, utilisant le lithium métal à l'électrode négative, avec des densités d'énergie améliorées et une bonne rétention de capacité. Deux types d'électrodes positives seront ciblées : Carbone/Soufre comme technologie candidate (Gen5) mais aussi NMC riche en Ni- afin de résoudre les problèmes fondamentaux des batteries à l'état solide (Gen4b).
En s’appuyant sur des outils de caractérisation avancés, la maîtrise des interfaces solide/solide entre les matériaux d’électrodes actives et l'électrolyte solide va être abordée grâce à une approche fondamentale sur couches minces pour l’ingénierie de surface. A posteriori la synthèse de matériaux performants à revêtements efficaces permettra de prototyper des cellules pouch tout-solide performantes de type Gen4b (Li/NMC) et Gen5 (Li/soufre).
Partenaires : CNRS, CEA
Laboratoires : CEA PRTT Aq. LITEN, IRIG, LRCS, ICMCB, LEPMI, CSE, IEMN, IMP, IPREM, CEMHTI, LCMCP, LASIRE
OPENSTORM : Caractérisation operando des matériaux pour le stockage de l’énergie : du laboratoire aux grands instruments
Le projet OPENSTORM se propose de relever : établir une plateforme de caractérisation française composée d’outils, méthodes et flux organisationnels permettant de répondre rapidement, dans les années à venir, aux questions scientifiques critiques pour rendre viables les batteries du futur, dont les chimies et les concepts sont encore à inventer.
L’objectif principal d’OPENSTORM est ainsi de développer des techniques expérimentales, du laboratoire aux grands instruments, utiles pour accélérer l’étude des futures générations de batteries (tout-solide, puissance et post lithium-ion). Il s’agit de transférer le savoir-faire et les méthodologies existantes, développées depuis vingt ans pour le Li-ion, mais aussi de mettre au point de nouvelles techniques et approches adaptées aux problématiques identifiées dans le PEPR Batteries. Ce portfolio de techniques sera organisé au sein de cette plateforme pour répondre de manière concertée, optimisée, réactive et efficace aux besoins de la communauté.
Partenaires : Université de Toulouse III, CNRS, CEA, Synchrotron SOLEIL
Laboratoires : IRIG, ICGM, LRCS, LEPMI, CEMHTI, LITEN, PHENIX, IPREM, IRAMIS, SOLEIL, CIRIMAT, ICMCB
SENSIGA : Mesure operando intelligente pour BMS avancé / IA de fouille de données
La convergence récente de la science des batteries et de l'ingénierie des capteurs optiques ouvre des opportunités sans précédent pour le diagnostic des batteries. Il y a un besoin crucial de pousser la recherche dans le domaine du diagnostic des batteries pour améliorer leur qualité, leur fiabilité et leur durée de vie par une surveillance non invasive des performances et un contrôle de leur état de santé, de charge, d'énergie, de puissance et de sécurité. Pour répondre à de tels besoins, nos objectifs sont de développer des capteurs optiques ultra-sensibles pour surveiller en conditions réelles de fonctionnement les paramètres physico-thermiques de la batterie ainsi que sa chimie avec le rêve ultime de réaliser un « laboratoire-sur-fibre » pour révolutionner la surveillance des batteries. Ce monitoring de la batterie au niveau des composants et des matériaux permettrait d'augmenter la fiabilité de la batterie, sa durée de vie, de baisser son coût par kWh et pourrait offrir une seconde vie à la batterie.
Partenaires : CNRS, CEA
Laboratoires : CSE, LETI, LITEN, LAMBE, PHENIX, ISCR
