OPENSTORM

Aperçu

Nouvelles méthodes analytiques operando pour l’étude des mécanismes de fonctionnement et de vieillissement de batteries de nouvelles générations

Dr. Sandrine Lyonnard (CEA-IRIG, Grenoble)
Pr. Lorenzo Stievano (ICGM, Montpellier)

Le projet OPENSTORM développe une plateforme de caractérisation multi-modale et multi-techniques dédiée à l’étude des batteries de nouvelles générations. De nouvelles méthodes de caractérisation en mode operando seront développées et intégrées, pour mieux comprendre les mécanismes réactionnels et la dégradation dans les électrodes et les électrolytes en temps réel. L’objectif de cette approche corrélative est d’accélérer la compréhension des phénomènes, dans les matériaux (matière active, liants, additifs), les composants (électrodes, électrolytes, collecteurs de courant) et aux interfaces, qui gouvernent la performance et la durabilité des nouvelles technologies de batteries.

Mots-clés

Caractérisation operando, multi-échelle, mécanismes

Les tâches

Nos recherches

Sonder la structure des matériaux de batteries

Nous allons développer des techniques de diffraction et diffusion aux petits angles pour l’étude des mécanismes de lithiation et sodiation dans des matériaux cristallins et/ou nanostructurés, incluant des méthodes avancées de microdiffraction résolues spatialement ou permettant de sonder la particule unique, ainsi que le développement de cellules ad hoc permettant le contrôle de la température et de la pression.

Comprendre la microstructure et la morphologie des composants

Nous allons développer des techniques d’imageries et de tomographie pour l’étude des morphologies locales dans les matériaux, à des échelles spatiales extrêmement petites, typiquement moins que 100 nanomètres. Nous allons aussi cartographier les hétérogénéités de concentration à l’échelle des électrodes ou des cellules en utilisant des méthodes 2D ou 3D permettant d’identifier des espèces chimiques ou des phases particulières et comment elles sont distribuées en fonction du temps. Ces cartographies sont importantes pour limiter les dégradations ainsi que comprendre leurs origines, par exemple dans le cas de charges rapides ou de matériaux épais.

Étudier les propriétés locales et les phénomènes de transferts de charge

Nous allons combiner des techniques de spectroscopies bulk ou de surface permettant d’étudier l’environnement chimique et les propriétés électroniques des matériaux, notamment les phénomènes de transport et de transfert aux interfaces. Cette approche permettra, par exemple, l’étude de systèmes modèles en couches minces.

Une vision holistique de la batterie

Nous allons mettre en œuvre des méthodes d’analyse et de standardisation permettant la corrélation des informations multi-échelles et multi-paramètres et l’analyse accélérée de grands jeux de données. Ceci repose sur la constitution d’une base de données de techniques expérimentales décrivant les observables et les critères de mesure, ainsi que le développement d’outils génériques transposables d’un laboratoire à un autre afin de stocker les données, les représenter voire les analyser.