OPENSTORM à mi-parcours : vers une plateforme operando intégrée

Le projet OPENSTORM (OPerando Energy STORage Materials analysis) a pour objectif de structurer une plateforme française de caractérisation avancée des batteries en conditions de fonctionnement, du laboratoire aux grands instruments (sources synchrotron et neutrons). Il vise à accélérer la compréhension des mécanismes structuraux, chimiques, morphologiques et interfaciaux gouvernant les performances et la durabilité des batteries de nouvelle génération (tout-solide, haute puissance, systèmes post-Li-ion).

À mi-parcours (2023-2026), des avancées majeures ont été réalisées dans le développement de cellules électrochimiques innovantes compatibles avec des approches operando par diffraction, imagerie et spectroscopies avancées.

Plusieurs preuves de concept ont été démontrées : cellules compatibles rayons X/neutrons pour la diffusion aux petits angles et la diffraction, dispositifs operando en température (-50 °C à 200 °C), cellules sous pression pour batteries tout-solide étudiées par diffraction neutronique. Des méthodologies innovantes d’analyse 3D, basées sur la combinaison de techniques tomographiques au synchrotron, ont également été appliquées à des cellules cylindriques industrielles pour visualiser des mécanismes de dégradation en temps réel.

Figure 1. Exemple de mesure de diffraction operando sur une cellule cylindrique Na-ion.

Concernant la spectroscopie, une nouvelle sonde RMN operando à haute sensibilité a été mise en service, permettant des études sur électrodes composites et ouvrant la voie aux batteries tout-solide. Des cellules Raman operando ont atteint un niveau de maturité électrochimique avancé. Au synchrotron, des stratégies combinant XAS, XES et XRS ont été validées sur des matériaux Na-ion et solides, apportant une vision complémentaire des mécanismes redox et des évolutions électroniques. En parallèle, des dispositifs dédiés à l’étude des interfaces par XPS, ToF-SIMS et HAXPES ont permis de suivre la formation et l’évolution d’interfaces électrode/électrolyte, y compris la réactivité du lithium métallique sur électrolytes sulfures.

OPENSTORM a également structuré une boîte à outils corrélative (WP5), avec inventaire des cellules, harmonisation des protocoles et premiers développements d’outils de traitement de données intégrant des approches statistiques et d’apprentissage automatique. Des workflows multi-partenaires ont été mis en place, notamment sur les batteries Na-ion et tout-solide, afin de traiter des questions scientifiques communes à l’aide de matériaux et de protocoles d’analyses standardisés et partagés entre les partenaires du projet.

Les interactions avec les projets LIMASSE et HIPOHYBAT ont été renforcées via les workflows dédiés et des « ambassadeurs » inter-projets, assurant une articulation étroite entre développement matériaux et caractérisation avancée. Avec 13 recrutements effectués à ce stade (doctorants, post-doctorants, ingénieurs), OPENSTORM consolide une architecture nationale de caractérisation multi-échelles, pleinement alignée avec les objectifs du PEPR Batteries et les initiatives européennes d’accélération.