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SUMMARY:Soutenance de thèse de Raymonda DIAB (co-dir. ST2E)
DESCRIPTION:Vers une Recharge Rapide et Sécurisée des Batteries Li-ion : Conception\, Paramétrisation et Validation Expérimentale d’un Modèle Électrochimique Pseudo-2D Fondé sur l’Homogénéisation\nRésumé : La charge rapide des batteries lithium-ion demeure un défi majeur en raison de la dégradation\, des risques de sécurité et du vieillissement. La prévention du dépôt de lithium métallique lors de la charge rapide impose un ajustement dynamique du courant afin de conserver le potentiel de l’électrode négative supérieur à 0 V vs. Li+/Li. Dans la mesure où ce potentiel est inaccessible à la mesure directe dans les accumulateurs commerciaux\, nous proposons une nouvelle variante du modèle électrochimique pseudo-bidimensionnel\, permettant l’estimation en temps réel du profil de potentiel dans l’épaisseur des électrodes. Une représentation d’état non linéaire est obtenue à partir des équations aux dérivées partielles couplées du système\, via une approche d’homogénéisation des électrodes et une discrétisation sur grille non uniforme. La paramétrisation expérimentale du modèle est réalisée à l’aide d’un montage à trois électrodes. Le modèle présente une robuste stabilité numérique\, permettant des simulations fiables jusqu’à 10C. Enfin\, sa capacité prédictive est démontrée par une validation couplée à l’estimation des paramètres pour des régimes de charge constants compris entre 2C et 6C. \nMots clés : Batterie lithium-ion\, Charge rapide\, Modèle Pseudo-2D\, Paramétrisation\, Technique d’homogénéisation\, Dépôt de lithium \n\nTowards Safe Fast Charging of Li-ion Batteries: Design\, Parameterization\, and Experimental Validation of a Homogenization-Based Pseudo-2D Electrochemical Model\nAbstract : Despite the growing demand for shorter charging times\, fast charging of lithium-ion batteries remains challenging due to performance degradation\, safety risks\, and aging constraints. Preventing lithium plating during fast charging necessitates dynamically adjusting the charging current to keep the negative electrode potential above 0 V vs. Li+/Li. As this potential is not directly measurable in commercial cells\, this work develops a novel pseudo–two-dimensional electrochemical model variant. The model enables realtime estimation of the through-thickness potential profile in each electrode. Derived from coupled partial differential equations via electrode homogenization and a non-uniform grid\, the model is formulated as a non-linear statespace system. The experimental parameterization of the model is achieved using a threeelectrode assembly. The model demonstrates robust numerical stability\, enabling reliable simulations at rates as high as 10C. Finally\, the model’s predictive capability is demonstrated through simultaneous validation and parameter estimation across charging rates of 2C to 6C. \nKeywords : Lithium-ion battery\, Fast charging\, Pseudo-2D model\, Parametrization\, Homogenization Technique\, Lithium plating
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SUMMARY:Séminaire George HARRINGTON
DESCRIPTION:Mercredi 11 mars à 14h00 -Amphi IMN \n \nGeorge HARRINGTON\nDepartment of Chemistry at Bath University\, UK \n  \nMaterials chemistry challenges in the green energy transition: From electrode kinetics to scalable recycling routes\n\n  \nAbstract \nThe global transition toward green and sustainable energy systems presents a series of challenges from a materials chemistry perspective. Central among these is the need to develop energy‑conversion and storage technologies that are efficient\, high‑performing\, and durable over operational lifetimes. Equally critical is the requirement that the manufacturing of these devices be scalable within the constraints of raw material supply and designed with viable end‑of‑life pathways. \nThe first part of this seminar focuses on developing approaches to improve the performance solid oxide cells (SOCs)\, key technologies capable of decoupling the production of synthetic fuels\, chemicals\, and commodities from fossil fuels underpinning various power-to-X scenarios. A central factor governing SOC performance is the reaction kinetics at the electrodes. Traditionally\, advances in SOC electrode performance have been pursued through modifications of electrode composition\, tailoring the bulk chemistry to enhance catalytic activity and transport properties. However\, recent developments have shown that significant improvements can also be achieved by tuning surface exchange kinetics through alternative mechanisms. In this talk\, we examine two emerging approaches: modifying surface chemistry via controlled changes in Smith acidity\, and exploiting ultraviolet illumination to drive favourable alterations to surface exchange behaviour. Together\, these strategies open relatively unexplored avenues for achieving high‑performance electrodes. \nThe second part of the seminar turns to broader materials‑supply challenges for next‑generation energy devices. As technologies such as SOCs move toward large‑scale deployment\, the identification of potential raw material constraints must be identified early in the materials and device design. At the same time\, materials in early commercialisation stages require carefully designed end‑of‑life strategies to prevent the emergence of difficult‑to‑manage waste streams. Niobium oxide–based materials have recently emerged as high‑power\, durable battery anodes\, and are now in the early stages of commercialisation. Yet their refractory nature\, combined with the wide range of dopant chemistries employed\, presents substantial challenges for future recycling efforts. In this work\, we demonstrate a route to address this challenge through an aqueous‑based recycling process that relies only on inexpensive\, widely available reagents\, offering a feasible path toward sustainable end‑of‑life management for niobium‑based energy materials. \n  \nContact : Clément Nicollet (ST2E)
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SUMMARY:Séminaire Jeudis de la Chimie du Solide - Yann Le Godec (IMPMC Paris)
DESCRIPTION:Jeudi 12 mars à 13h30 en visioconférence\n \nYann Le Godec \nInstitut de Minéralogie\, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC Paris) \n\nSynthèse sous conditions extrêmes de nouveaux matériaux légers aux propriétés remarquables\n  \nRésumé : La chimie moderne sous hautes pressions constitue aujourd’hui un vaste et dynamique champ de recherche\, offrant des perspectives prometteuses pour le développement de nouveaux matériaux d’intérêt industriel. Bien que cette discipline reste relativement jeune comparée à la chimie conventionnelle\, elle révèle déjà un potentiel exceptionnel\, encore largement inexploré. Son caractère pionnier et ses perspectives révolutionnaires en font une véritable terra incognita scientifique\, justifiant ainsi l’engouement croissant qu’elle suscite. \nDans ce contexte\, les avancées récentes en diffraction des rayons X sous conditions extrêmes ont bouleversé les méthodes d’exploration de ces nouveaux territoires\, ouvrant la voie à des découvertes sans précédent. Au cours de la dernière décennie\, l’utilisation intensive du rayonnement synchrotron in situ a permis l’observation directe des voies de synthèse de nouveaux matériaux\, qu’ils soient stables ou métastables\, sous conditions extrêmes. Ces matériaux\, souvent inaccessibles par les méthodes conventionnelles\, présentent des propriétés remarquables\, telles que la supraconductivité à haute température\, une dureté exceptionnelle ou encore un photovoltaïsme optimisé. \nL’observation in situ des processus de synthèse autorise aujourd’hui une détermination beaucoup plus précise des conditions thermodynamiques nécessaires à l’accès aux états métastables. Dans cette présentation\, je montrerai que la combinaison de très hautes pressions et températures avec des sondes in situ par diffraction des rayons X utilisant le rayonnement synchrotron constitue une clé méthodologique essentielle pour contrôler la composition et la microstructure (nanostructuration) de nouveaux matériaux (borures\, carbures\, composés du silicium\, etc.) présentant des propriétés exceptionnelles.
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