Vous êtes ici : Accueil > Liten > Offres de stages et thèses > Offre de stage 2018-2019

Offre de stage 2018-2019

Publié le 10 décembre 2019

Modélisation et conception d'une machine de froid à absorption double étage NH3/H2O

Dans un contexte de réchauffement climatique et d’accroissement de la population urbaine, les besoins en froid pour les bâtiments commerciaux, institutionnels et pour les applications industrielles sont en flagrante augmentation. La valorisation de sources de chaleur fatale, de l’énergie solaire thermique ou des réseaux de chaleur sont des enjeux sociétaux forts dans le cadre actuel. L’utilisation de machines à absorption est une solution permettant de produire du froid, à partir de ces sources de chaleur.
Le couple de fluides de travail NH3/H2O offre la possibilité de produire du froid négatif (jusqu’à -30°C), pour des températures ambiantes allant jusqu’à 55°C. L’architecture la plus courante est le cycle à simple effet/simple étage qui présente l’avantage d’être simple à réaliser, mais elle est limitée en terme de performance (COP = 0,6) & de température de source chaude (80°- 120°C). Afin d’étendre le fonctionnement de la machine à absorption NH3/H2O à des gammes de source chaude plus importantes (jusqu’à 180°C) et d’augmenter sa performance (COP ~ 1,2), l’architecture multi-étage/multi-effets de type GAX sera étudiée dans ce stage. Le travail du stage sera réalisé en différentes étapes :
* Etudes bibliographiques des différentes architectures pour identifier les avantages/inconvénients (~ 1 mois)
* Simulation numérique avec l’outil EES pour comparaison des performances entre les différentes architectures (~ 2 mois)
* Etude de conception d’un échangeur type Générateur/Absorbeur de machine GAX (~ 1 mois)
* Synthèse de résultats & rédaction de mémoire (~ 1 mois)

Caractérisation ex-situ des propriétés de transport des films minces d’ionomères en vue de les relier aux performances des piles à combustible

Le travail comprendra essentiellement la réalisation et l’analyse de mesures électrochimiques ex-situ et en fonctionnement pile à combustible. Néanmoins, le stagiaire prendra part à la fabrication de certains échantillons selon les besoins. En plus des mesures électrochimiques ex-situ, des essais (courbe de polarisation) de PEMFC de très petite taille seront réalisés pour différentes conditions de fonctionnement contrôlées (concentration de vapeur d’eau, d’oxygène, d’hydrogène, densité de courant…), combinées avec des caractérisations électrochimiques (EIS, CV…). Les résultats seront analysés par une démarche combinant diverses approches de la littérature, et éventuellement des modèles numériques plus fins du CEA.

Membrane alcaline pour énergie

Le stage proposé est un stage expérimental.
L'étudiant aura pour mission de tester différents matériaux: membranes anioniques et catalyseurs
A la fin du stage l'objectif sera d'identifié quelle combinaison membranes/catalyseurs sont les plus prometteurs pour les applications piles à combustible, électrolyseur et cellule regénérative.
Pour se faire l'étudiant devra mettre en forme des Assemblages-Membranes-Electrodes (AMEs) et les tester sur des bancs de tests électrochimiques dans les conditions représentatvies des applications envisagées.

Réaliser une électronique embarquée, HW et SW, pour la mesure de l'impédance électrique d'une pile à hydrogène, pour monitorer son état

Dans le domaine de la mobilité électrique, les batteries Li-ion et les piles à hydrogène représentent les deux solutions principales de stockage de l’énergie. Bien que très différentes entre elles, des nombreux points communs existent entre les deux solutions pour ce qui concerne la gestion et le monitorage du système d’un point de vue électrique. Plus précisément, une batterie Li-ion est toujours accompagnée par un système de gestion appelé BMS (Battery Management System), ainsi qu’une pile à hydrogène est couplée à un FCMS (Fuel Cell Monitoring System). Les deux systèmes sont souvent conçus comme un ensemble de cartes électroniques déployées au plus près du système de stockage et d’une unité centrale qui concentre le traitement des données et donne les ordres, par communication sur bus CAN, aux cartes. Dans le domaine de la Fuel Cell, on cherche aujourd'hui à améliorer le monitoring effectué par un FCMS standard avec l'introduction de mesures plus avancées, afin d'effectuer un vrai diagnostic en temps réel et de prévenir la dégradation de la pile. Une piste prometteuse est celle de la mesure en ligne (=en temps réel) de l’impédance électrique de la FC, aujourd’hui exploitée seulement en phase d’assemblage et de pré-qualification.
L’objectif du stage est celui de réaliser et de tester un démonstrateur capable de mettre en oeuvre cette mesure et de
transmettre le résultat à un PC. Le démonstrateur sera testé sur une vraie pile en fonctionnement. On veut utiliser un système électronique embarqué pour mesurer l’impédance cellule par cellule, et non seulement de tout le stack de la pile (c’est une différence majeure par rapport aux équipements de pré-qualification).
Le stage comportera les phases suivantes :
a. Compréhension de la problématique et des concepts de base d’une pile à hydrogène ;
b. Conception et routage d’un circuit électronique à coupler à un kit de développement « Nucleo » (microcontrolleur STM32) ; cette tâche prévoit de la saisie de schéma avec un logiciel de C.A.O.
c. Fabrication du PCB (sous-traité à l’extérieur) et câblage des composants (à faire).
d. Programmation du microcontroleur STM32 en C embedded, en déployant (si pertinent) un O.S. temps réel. Une liste non exhaustive des actions que le STM32 devra faire est la suivante : gérer l’activation de la cellule à mesurer ; faire les conversion ADC (analog to digital conversions) ; appliquer les algorithmes pour obtenir l’impédance (algorithmes déjà existants : il faut ‘juste’ les programmer dans le microcontroleur) ; restituer une information vers un PC par exemple par bus UART.
e. Mettre en oeuvre une connectique adaptée au stack de pile à hydrogène que l’on utilisera pour les tests.
f. Faire des tests avec des régimes de fonctionnement différents de la pile, en ajustant les paramètres de l’électronique ou du software pour obtenir des mesures correctes et surtout répétables.

Modélisation des transitions de phases se produisant lors de l'insertion du lithium dans les matériaux lamellaires de batterie

Dans le cadre de ses activités dans le domaine de l'énergie, le laboratoire LMP du CEA-LITEN développe une plateforme de simulation multi-physiques et multi-échelle sur les piles à combustible et batteries Li-ion (plateforme MUSES). Cette plateforme de simulation s’appuie sur un large spectre de caractérisations expérimentales, que ce soit pour l’identification des paramètres physiques des modèles aux différentes échelles ou la validation des modèles et simulations sur des données expérimentales.
Dans ce cadre, le laboratoire travaille sur le lien entre la structure cristallographique des matériaux actifs de batterie et leurs propriétés thermodynamiques et cinétiques. En particulier, nous nous intéressons aux transitions de phases se produisant lors de l’insertion du lithium dans les matériaux lamellaires de batterie. Un outil de simulation a été développé dans l’équipe, basé sur un modèle de Cahn-Hilliard multi-couches, qui permet d’étudier la dynamique des transitions de phases en fonction des interactions entre les ions lithium au sein de matériaux lamellaires. Le sujet de stage portera sur le développement de modèles d’énergie libre permettant d’y ajouter les transitions au sein du matériau hôte, l’étude des diagrammes de phase associés et la conséquence sur les propriétés cinétiques du matériau. Les résultats des simulations dynamiques seront comparés à des données cristallographiques obtenues sur le graphite par DRX in situ au Département, ou par DRX operando à l’ESRF.

Etudier et concevoir un banc de test cellules li-Ion low cost.

Missions :
_ Comprendre les problématiques des essais batteries Li-Ion.
_ Etudier le coût de fabrication.
_ Concevoir un banc de tests cellule Li-Ion à base d'éléments low cost (Arduino Rpi…..).
_ réaliser un prototype de banc de test.
_ Enregistrement des données caractéristiques d'un test pour une utilisation R&D.