Contexte scientifique : Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d’énergie électrochimique qui fonctionnent sur le mécanisme simple d’adsorption des ions d’un électrolyte sur une électrode de grande surface. Au cours de la dernière décennie, les performances des supercondensateurs se sont considérablement améliorées, à mesure que les matériaux des électrodes ont été réglés à l’échelle nanométrique et que les électrolytes ont acquis un rôle actif, permettant des mécanismes de stockage plus efficaces. Un défi majeur est désormais d’optimiser ces systèmes en contrôlant leurs propriétés à plus grande échelle : les systèmes commerciaux cibles ont une dimension d’environ 1 à 100 μm de rayon pour les particules de carbone et un électrolyte. L’objectif de ce projet est de fournir les outils informatiques adéquats pour les simulations multi-échelles de supercondensateurs sur des ordinateurs hautes performances (HPC).

Objectifs scientifiques : Afin d’aller vers de telles échelles, une méthode réseau-gaz est actuellement mise en œuvre par notre équipe. Les paramètres d’entrée proviendront de simulations microscopiques, pour lesquelles nous visons à utiliser la théorie fonctionnelle de la densité moléculaire (MDFT), une méthode alternative à la dynamique moléculaire qui ne nécessite pas d’échantillonnage des configurations mais fournit facilement des propriétés moyennes. La distribution de la taille des pores et la surface accessible seront tirées de données expérimentales, et la simulation utilisera les informations recueillies à l’échelle moléculaire accumulées à la volée. Les propriétés suivantes seront déterminées : la capacité du dispositif, à partir de laquelle on peut extraire la quantité d’énergie stockée, ainsi que la répartition des espèces ioniques au sein de l’électrode. Ces quantités seront déterminées pour différents potentiels appliqués, permettant une comparaison directe avec des expériences électrochimiques.

Dans ce contexte, le rôle du chercheur recruté sera :

-Adapter le logiciel interne MDFT pour lui permettre de fonctionner sur des architectures HPC modernes, telles que les GPU.

-Valider et tester les fonctionnalités nouvellement développées pour les électrolytes liquides

-Mettre en œuvre le couplage du MDFT avec le modèle réseau-gaz

-Réaliser une simulation à grande échelle de supercondensateurs sur des centres HPC.

Les travaux seront réalisés en collaboration avec plusieurs groupes travaillant au sein du projet EuroHPC MultiXscale.