Estimation de la force électromotrice des systèmes électrolytes/membrane par des méthodes de simulation hors équilibre
Physico-chimie et Mécanique appliquées


Type de contrat
Stage
Début
Entre mars et août 2020
Durée
6 mois
Région
Ile de France
Indemn / Rém
Oui

ref R175

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de trois priorités stratégiques : mobilité durable, énergies nouvelles et hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.


La direction Physico-chimie et Mécanique appliquées a pour objectif principal de concevoir et développer des systèmes technologiques innovants et de contribuer au développement de produits et procédés, en cohérence avec les ambitions d’IFPEN pour la transition énergétique et la mobilité durable.

Autour des champs disciplinaires des départements et dans le cadre des projets DSTC, elle développe les connaissances, outils de calculs et moyens expérimentaux adaptés aux différents besoins pour les mettre en œuvre dans les projets appliqués.

Ces compétences, complémentaires les unes des autres, permettent d’aborder aux échelles pertinentes, l’analyse, la caractérisation et la qualification du comportement.

  • physico-chimique
    • des matériaux (métalliques, polymères, composites),
    • des fluides complexes : systèmes dispersés et/ou multiphasiques (systèmes colloïdaux, émulsions, microémulsions, mousses, suspensions…),
    • des interactions entre fluides et matériaux : adsorption, mouillabilité, perméabilité, cloquage, réactions redox...,
  • mécanique
    • des matériaux, structures et équipements technologiques,
    • des fluides en écoulement avec les potentielles interactions fluide/solides ou fluide/structures.

Estimation de la force électromotrice des systèmes électrolytes/membrane par des méthodes de simulation hors équilibre

Le développement des batteries à flux redox (BFR) suscite beaucoup d’attentions en tant que technologie de stockage d’énergie à grande échelle pour les sources d’énergie renouvelable intermittente en raison de leurs caractéristiques spécifiques : puissance et capacité flexible, longue durée de vie, temps de réponse rapide et énergie élevée.

L'un des composants principaux des dispositifs RFB est la membrane semi-perméable requise pour séparer les deux compartiments d'électrolyte tout en permettant une conductivité ionique. L’un des points clés d’amélioration de ce type de batterie réside dans l’optimisation de la perméabilité de la membrane tout en maintenant sa haute sélectivité.

Ce processus d'optimisation doit être effectué de telle façon à garder la force électromotrice (FEM) de la batterie inchangée. L'utilisation de techniques de simulation moléculaire (atomistique ou mésoscopique) peut aider ce processus d'optimisation en permettant l’examen de différentes configurations potentielles. L'idée principale est donc de modéliser la diffusion des ions et le transport des différentes espèces d'électrolytes à travers la membrane sous l'effet d'un champ électrique.

L'objectif du stage proposé est d'utiliser différentes méthodes de simulation pour valider et tester une méthodologie robuste permettant d'estimer la FEM sur des systèmes électrolyte/ membrane complexes.

Ce stage fournira également des informations difficilement accessibles expérimentalement, telle que la composition aux interfaces électrolyte/ membrane. Cela permettra de mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques ayant lieu au sein de cette membrane.

Formation requise :

L'étudiant/étudiante doit être inscrit (e) dans un programme de master et doit avoir une formation en génie chimique, chimie physique, physique, chimie ou en électrochimie.

  • Une expérience supplémentaire des techniques de simulation moléculaire/ mésoscopique sera utile.

Durée du stage : 4 à 6 mois
Rémunération : de 700 à 1000€ selon l’expérience du candidat
Personne à contacter : Carlos Nieto-Draghi et/ou Theodorus de Bruin 
Localisation : IFP Energies nouvelles, 1 & 4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison, France.

Merci de nous transmettre un CV, une lettre de motivation et les noms et adresses électroniques de deux personnes de référence.

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Title: Estimation of electromotive force of electrolyte/membrane systems by non-equilibrium molecular simulations

The development of redox flow batteries (RFB) has received a lot of attention as a large-scale energy storage technology for intermittent renewable energy sources because of their specific characteristics: tunable power and capacity, long life-cycle, rapid response time, and high energy efficiency. One of the main constituents of RFB devices is the semipermeable membrane required to separate the two electrolyte compartments, while allowing ionic continuity. One of the key points in the improvement of this kind of batteries is the optimization of the membrane’s permeability, while keeping its high selectivity. This optimization process should be done under the constraint of conserving the electromotive force (EMF) of the battery. The use of molecular simulations techniques (atomistic or mesoscopic) can help in this optimization process. The main idea is to model the ion diffusion and transport of the different electrolyte species through the membrane under the effect of an electric field.

The objective of the proposed internship is to use different simulation methods to test and validate a robust methodology to estimate the EFM on complex electrolyte/membrane systems. This internship will also provide information that is not accessible experimentally, such as the composition at the electrolyte/membrane interfaces.

Required background: Student must be in a Master degree program. Students must have a Chemical Engineering, Physical Chemistry, Physics or Chemistry or electrochemical background. Additional experience in Molecular/Mesoscopic Simulation techniques will be useful.

Internship period: 4-6 months
Monthly fellowship: between 600€ to 1000€ based on educational level and experience. Foreign students will receive a single additional compensation of 500€ at arrival.

The complete application should include: (i) a motivation letter; ii) a detailed CV, iii) the name and email address of two references.