Des batteries In Vivo

Quels paramètres influent sur le fonctionnement des batteries ? Pour tenter d’améliorer leurs performances, un peu de science des matériaux sur ODE…

DES BATTERIES… IN VIVO

Avant d’être mises sur le marché les batteries lithium-ion de nos téléphones portables, de nos ordinateurs ou encore de nos voitures électriques doivent apporter la preuve de leur efficacité. 
Elles doivent pouvoir se charger et se décharger des milliers de fois sans perdre de leur capacité. 
Au synchrotron SOLEIL, des scientifiques veulent comprendre pourquoi certaines batteries sont plus performantes que d’autres en se penchant sur la structure des matériaux. 
 
Guy Ouvrard, responsable du projet PULSSE IMN-CNRS-Université de Nantes 
La plupart de ces caractérisations des matériaux ont jusqu’ici été menées sur des batteries arrêtées. 
On peut faire fonctionner une batterie, la démonter et regarder ce qu’est devenu le matériau après un fonctionnement, et nous ce qu’on essaie de savoir ici, c’est qu’est ce qui se passe effectivement pendant que la batterie fonctionne et pas quand on l’a arrêtée. 

 
Les chercheurs ont ainsi décidé de faire appel aux rayons X, du synchrotron, suffisamment intenses pour suivre en direct les transformations de la matière. 
L’un des objectifs : observer la valse des ions et des électrons qui s’attachent ou se détachent des atomes de fer. 
 
Guy Ouvrard 
On peut aller regarder spécifiquement ce qui se passe autour de l’atome de fer, en fait on sait que c’est lui l’atome qui est acteur dans le fonctionnement de la batterie. 
 
François Baudelet, responsable de la ligne ODE 
On sélectionne ces atomes-là et ensuite on va voir leur environnent, combien ils ont d’atomes voisins, à quelle distance, avec quels angles etc. 
Ensuite on peut savoir si ces atomes vont perdre un ou deux ou trois électrons au cours d’un processus chimique ou électrochimique. 
L’avantage de cette installation aussi c’est que c’est très rapide, ça peut faire des spectres en quelques millisecondes et donc on voit des transformations de la matière assez rapidement. 

 
Pour voir ce fourmillement de la matière, l’équipe a mis au point une batterie transparente aux Rayons X. 
Les éléments sont assemblés sous atmosphère inerte car le lithium contenu dans la batterie est très réactif à l’humidité de l’air. 
Elle est prête ! 
Tandis que la batterie en charge ou en décharge est soumise aux rayons X, des spectres se dessinent toutes les 300 millisecondes sur l’écran de la salle de contrôle. 
Chacun d’entre eux représente alors une véritable photographie de l’état de la matière. 
En multipliant les expériences, les scientifiques souhaitent déterminer les paramètres qui influencent les performances de la batterie. 

 
Guy Ouvrard 
Si on sait qu’en réduisant par exemple, la taille des particules on améliore le fonctionnement, cela veut dire qu’il faut aller dans ce sens-là. 
Et jusqu’à quel point, on peut aller dans ce sens-là. 

 
A terme cette méthode d’évaluation basée sur le rayonnement synchrotron pourrait servir à identifier les matériaux des batteries de demain.