Etude du stress mécanique dans les micro-batterie tout solide // Study of mechanical stress on Solid State Micro-batteries

Le CEA-Leti fournit des solutions intégrées de microstockage, notamment des microbatteries dites « tout-solide » (ou à électrolyte solide). Les microbatteries « tout-solide » comptent parmi les technologies de microstockage les plus prometteuses pour des applications dans plusieurs domaines tels que l'Internet des objets et les dispositifs implantables à usage médical. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact des contraintes mécaniques sur les microbatteries, et plus particulièrement pendant les cycles de charge/décharge des microbatteries. Pour cela, deux approches seront envisagées : l'étude expérimentale avec le développement de bancs d'essais mécaniques et la simulation numérique.
Le travail du doctorant commencera par le développement des bancs d'essais, le premier permettant d'appliquer une pression variable à la surface d'une micro-batterie pendant les cycles de charge/décharge. Il/elle devra développer l'équipement de mesure de la pression. Une fois le banc d'essai mécanique fonctionnel, d’autres caractérisations, comme la mesure des déformations de l’anode seront envisagées. Parallèlement à ce travail expérimental, un modèle mécanique pourra être développé. Ce modèle sera affiné progressivement à l'aide des résultats expérimentaux obtenus avec le banc de test mécanique et de nouvelles caractérisations pourront être mises en place afin d'obtenir les propriétés mécaniques des différents matériaux utilisés. In fine, l’objectif sera de proposer l’intégration de nouvelles couches pour améliorer la tenue mécanique des microbatteries lors du cyclage.

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CEA-Leti provides integrated microstorage solutions, including solid state (or solid electrolyte) microbatteries. Solid-state micro-batteries are among the most promising microstorage technologies for applications in several fields such as the internet of things and implantable devices for medical use. The objective of this thesis is to study the impact of mechanical stresses on microbatteries, particularly during microbattery charge/discharge cycles. To this end, two approaches will be considered: experimental study with the development of mechanical test benches and numerical simulation.
The PhD student's work will begin with the development of test benches, the first of which will apply variable pressure to the surface of a microbattery during charge/discharge cycles. He/she will be required to develop the pressure measurement equipment. Once the mechanical test bench is operational, other characterizations, such as measuring anode deformations, will be considered. In parallel with this experimental work, a mechanical model will be developed. This model will be progressively refined using the experimental results obtained with the mechanical test bench, and new characterizations may be implemented in order to obtain the mechanical properties of the different materials used. Ultimately, the objective will be to propose the integration of new layers to improve the mechanical performance of microbatteries during cycling.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire : Laboratoire des Composants pour la RF et l'Energie
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
URL : https://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Documents/d%C3%A9monstrateurs/Flyer_Tiny_num.pdf
URL : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02713

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies

Master 2 spécialisé en mécanique ou électrochimie