Une nouvelle technologie pour explorer les réactions chimiques dans les batteries

3 janvier 2023

 

Les batteries stockent de l’énergie grâce à des réactions chimiques qui créent des déplacements d’électrons. Jusqu’à aujourd’hui, personne ne savait ce qui se passait réellement à l’intérieur d’elles. De nombreux scientifiques se sont penchés sur le sujet. Certains d’entre eux ont réussi à créer une nouvelle technologie permettant d’explorer les réactions chimiques se produisant dans les batteries.

 

Suivre le fonctionnement des batteries

Des tests ont permis d’illustrer qu’il était possible d’identifier les additifs présents dans l’électrolyte. Mais pas seulement, il semblerait que ces tests permettent également de suivre en temps réel leur évolution pendant le fonctionnement de la batterie. Ils pourraient même servir à déterminer les différents rôles de chacun de ces additifs.

D’autres scientifiques ont également prouvé que ce nouveau procédé permettait d’observer le comportement de certains matériaux dans la batterie. De ce fait, il est possible de suivre la quantité de lithium dans l’électrode positive en fonction des cycles de charge et de décharge. De plus, grâce aux fibres optiques, les chercheurs ont pu étudier l’interface entre l’électrolyte et l’électrode négative, que l’on appelle Solid electrolyte interphase (SEI). Il s’agit d’une couche conductrice  d’ions et isolante. Cette étude est essentielle, car c’est elle qui détermine la longévité des batteries.

 

Améliorer la conception des batteries

Une équipe de recherche multidisciplinaire, regroupant des scientifiques du Collège de France, du CNRS, de l’Université Rennes et de l’Université de Montpellier, a élaboré une méthode. Celle-ci consiste à suivre l’évolution de la chimie à l’intérieur d’une batterie, en direct, et tout au long de ses multiples charges et décharges. Pour ce faire, les chercheurs ont transporté la lumière infrarouge dans des fibres optiques en verre de chalcogénure placées à travers une batterie. C’est l’interaction de cette lumière avec les composants de la batterie qui permet d’identifier les molécules chimiques présentes autour de la fibre.

Grâce à ce procédé, les scientifiques ont pu observer l’évolution des électrolytes, mais aussi l’insertion/extraction des ions sodium-lithium dans les électrodes alors que la batterie était en cours d’utilisation. Ils pouvaient également étudier l’interface entre l’électrolyte et le matériau d’électrode négative appelée Solid electrolyte interphase (SEI) grâce à cette méthode. Plus précisément, ils ont pu suivre la nature des espèces chimiques participant à la nucléation et à la croissance de la SEI qui s’installe pendant la première charge de la batterie.

Aujourd’hui, les mêmes scientifiques poursuivent leurs recherches en se concentrant sur le SEI. Ils espèrent pouvoir en révéler tous les secrets. Les résultats de leurs récentes études ont permis à plusieurs concepteurs de batteries d’améliorer leurs produits. 

Pour résumer, cette nouvelle méthode permet d’observer comment chaque élément présent dans la batterie évolue, interagit avec les autres et influence ses performances.