Les batteries au lithium constituent aujourd'hui une technologie incontournable pour répondre au fort enjeu du stockage de l'énergie électrique. Cependant des sollicitations sévères de batteries Li peuvent conduire à un phénomène d'emballement thermique, pouvant aller jusqu'à un départ de feu voire une combustion explosive de la cellule ou du pack batterie. L'objectif de ce postdoctorat consiste à développer une stratégie de modélisation et de simulation numérique du phénomène d'emballement thermique des batteries Li soumises à des sollicitations sévères, dans le but de mieux comprendre le phénomène, estimer le risque de propagation thermique du fait de la combustion des gaz, ou encore étudier les conséquences mécaniques de l'emballement (interaction fluide structure). Cette stratégie s'appuiera sur des campagnes d'essais expérimentaux réalisées dans le cadre du postdoc, et sur les outils numériques développés au CEA.

Les travaux s'organiseront en 3 volets :

1. Comprendre, maîtriser et modéliser les différentes phases du scénario, en particulier la phase de combustion, en se basant sur des campagnes d'essais destinées à caractériser ces phases. 2 types d'essais seront réalisés : tests abusifs sur batteries de type 18650 (température, pression, gaz, énergies thermiques libérées, combustion), essais de combustion et d'interaction fluide-structure dans une installation de type tube à choc (propriétés des mélanges de gaz explosifs, validation des modèles).

2. Développer un modèle numérique représentatif des phénomènes identifiés dans le 1er volet, sur la base des outils numériques du CEA, en particulier EUROPLEXUS et CAST3M. Dans un 1er temps, l'interaction fluide-structure ne sera pas considérée. Si nécessaire, il faudra adapter, améliorer et/ou développer de nouveaux modèles ou fonctionnalités, avec vérification et validation sur la base des résultats expérimentaux. Une feuille de route d'évolution des outils à moyen et long terme sera proposée.

3. Introduire la composante interaction fluide structure dans le modèle numérique, pour prendre en compte la déformation éventuelle de l'enveloppe de la batterie et/ou du pack, sous l'action de la montée en pression induite par l'emballement thermique (dégagement de gaz + combustion). Pourront être investiguées en particulier les méthodes de couplage disponibles dans EUROPLEXUS (ALE, frontières immergées).

Les résultats de ce post-doctorat devront permettre au final d'évaluer les capacités des outils actuels pour simuler le phénomène d'emballement thermique des batteries au Lithium et d'orienter le développement de méthodes numériques et des codes de calcul pour les années à venir afin d'améliorer leur prédictivité sur cette problématique nouvelle. Des publications seront proposées dans des revues internationales ciblées, ainsi que des présentations dans des conférences.
Le postdoctorant sera localisé à Saclay avec des missions régulières sur le site de Grenoble (réalisation des essais).