Enseignement 2023-2024 : La batterie tout solide : entre idéal et pragmatisme
Séminaire du 05 février 2024 : La mécanique des matériaux : une autre dimension pour le tout solide
Intervenante : Christel Laberty-Robert, professeure, Sorbonne Université , LCMCP, animatrice de l’équipe RMES
Retrouvez les enregistrements audios et vidéos du cycle et son texte de présentation :
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Chaire Chimie du solide et de l’énergie
Professeur : Jean-Marie Tarascon
Retrouvez les enseignements du Pr Jean-Marie Tarascon :
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[Musique] [Musique] bonjour à tous merci Jean-Marie pour l’invitation à ce cours et donc pour ma part je vais vous parler donc de la mécanique des matériaux et on va regarder comment cette mécanique des matériaux va impacter les batteries tout solides alors pour commencer j’aimerais revenir sur le principe de fonctionnement d’une batterie d’tionon
Donc en fait ici donc une batterie d’on est formée donc de deux électrodes lorsque vous allez cycler votre batterie donc lorsque vous allez la charger et la décharger vous allez faire des réactions d’oxydoréduction au niveau des électrodes pendant ces réactions d’oxydoréduction qu’est-ce qui va se passer et bien le lithium va migrer
Diffuser entre ces deux électrodes alors si on s’intéresse aux matériaux de négative donc par exemple si on regarde le graphite qui est un matériau qui est utilisé donc dans vos batteries actuelles on voit que lorsque vous allez charger votre batterie il va se Litier ici et donc cette litiation va
S’accompagner d’une expansion volumique de l’ordre de 10 %. si on s’intéresse à d’autres matériaux qui sont aussi utilisés comme matériaux de négatif dans les batteries par exemple le silicium ici on voit que cette litiation va s’accompagner ici d’une expansion volumique beaucoup plus importante de l’ordre de 300 %. si on s’intéresse maintenant aux
Batteries Lithium métal cette fois-ci lorsque l’on va charger et décharger la batterie qu’est-ce qu’il va se passer et bien on va venir déposer à la charge ici du lithium à la surface donc d’un collecteur de courant ou à la surface de l’électrode de lithium donc cette cette charge va s’accompagner d’une
Augmentation de l’épaisseur de cette électrode de lithium et donc va entraîner une modification des contraintes à l’intérieur même de la batterie donc on voit que lorsqu’on va cycler la batterie et bien on a des phénomènes de respiration qui se produisent au niveau des électrodes donc comme vous l’a montré
Jean-Marie on voit qu’il y a un engouement aujourd’hui à passer d’une technologie donc à électrolyte liquide vers une technologie à éroly solide donc pour des questions donc de sécurité mais aussi pour des questions de densité d’énergie volumique et massique on imagine bien que lorsque on cycle la
Batterie lorsqu’on est dans le cas d’une technologie avec un électrolyte liquide et bien lorsque votre électrode va gonfler donc lorsque vous allez la litiier et bien cette changement volumique va être accommodé ici par une interface solide liquide lorsque l’on va passer à une technologie tout solide
Lorsqu’on va avoir donc au niveau de la positive ici un mélange de particules bien lorsque les particules de positives vont changer de volume et bien cette fois-ci on met pas en jeu des interfaces solides liquides mais on va mettre en jeu des interfaces solides solides donc
On voit bien ici que ça le phénomène est beaucoup plus complexe et va entraîner tout un tas de dégradation au niveau de la cellule qu’il va falloir essayer de compenser notamment en jour ici sur la nature même de l’électrolyte en particulier on va s’intéresser aux propriétés mécaniques alors quand on mesure les
Performances d’une batterie donc comme vous l’avez reporté ici sur cette figure on va s’intéresser ici à regarder la variation du voltage en fonction ici du nombre d’électrons qui va passer dans le circuit que l’on peut ici modéliser enfin représenter pardon par la la capacité spécifique vous avez ici deux
Technologies donc vous avez la technologie donc euh électrolyte liquide qui est représenté ici en rose et vous avez la technologie tout solide qui est représentée ici en vert lorsque l’on va ici charger la batterie et lorsqu’on va la décharger ce qu’on va chercher c’est avoir une superposition au niveau de ces
Deux courbes si les phénomènes sont parfaitement réversibles comme vous pouvez le regarder sur cette figure ici vous constatez vous constatez au niveau de la courbe en verers qu’il y a une et certaines histérèis c’est-à-dire que lors de la charge la décharge on va pas emprunter ici le même chemin donc cela
C’est est lié à un phénomène donc de polarisation qui est beaucoup plus important vous avez une réversibilité au niveau du phénomène au niveau des phénomènes électrochimique si on s’intéresse à une autre grandeur qui est ici l’efficacité coulombique cette efficacité coulombique représente la réversibilité des processus électrochimiques on voit quand on
Compare donc la batterie liquide électrolyte liquide avec la batterie électrolyte tout solide on voit que cette efficacité d’abord est plus faible dans est faible n’est pas de 100 % ce qui veut dire qu’on a des phénomènes irréversibles dans la batterie mais on voit qu’elle est beaucoup plus faible
Dans le cas d’une technologie tout solide donc comment on peut expliquer ces phénomènes donc on peut expliquer ces phénomènes en partie par justement ces interfac solide solide ou ces interfaces solid liquide donc si on s’intéresse à euh la batterie tout solide donc je vous ai dit donc au
Niveau de la positive vous avez donc ici un électrolyte tout solide qui va venir mouiller la particule où vous allez venir insérer et désinsérer les ions lithium cette interface elle n’est pas parfaite vous avez pas une parfaite mouillabilité entre ces deux matériaux et donc vous voyez apparaître ici des
Pors et ça ça va être un phénomène qui va être qui va restreindre la le passage du lithium entre votre particule de positive et votre électrolyte qui va lui conduire les ions lithium si on regarde comment cela se traduit notamment par ces images de microscopie électronique à
À transmission qui sont couplé à de des analyse de spectroscopie d’absorption X sur le seuil du nckel lorsqu’on va charger donc la l’électrode ici donc lorsque l’on va désinsérer le lithium donc on va changer la Valance du nckel donc on va passer du nckel 3+ à du nckel
2 plus ce qui est marqué ici par ce changement de couleur et bien on voit que lorsque l’on charge donc cet électrode et bien on voit que le phénomène est plutôt hétérogène c’est-à-dire vous voyez des endroits où vous avez plus de coloration verte que de coloration rouge donc ce qui montre
Ici lorsqu’on fait ce processus de charge que finalement ben le lithium ne va pas parfaitement s’extraire de la particule et qu’ a une partie du lithium qui qui peut rester bloqué à l’intérieur de la particule du fait de C de ce champ restrictif ici au niveau de la
Circulation du lithium si on s’intéresse cette fois-ci donc à une une électrode donc dans une technologie électrolyte liquide on voit que le liquide va parfaitement bien mouiller la particule et donc pour le lithium il y aura plein de chemins possibles pour pouvoir s’extraire de la particule et si on
Regarde ici au niveau des images que l’on a regardé précédemment on voit ici qu’au cours de la charge et bien il y a une déliétiation qui est relativement homogène et à la fin donc on va complètement délitier la particule donc on voit bien que ici dans le cadre de
Ces batteries tout solides la mécanique et des des matériaux donc en particulier les propriétés mécaniques de de l’électrolyte va être important notamment dans ces processus de charge et décharge donc ce qui va nous intéresser au à travers de ce cours nous allons discuter des propriétés mécaniques des matériaux nous allons
Voir comment ces propriétés mécaniques peuvent impacter la mise en forme de la batterie et nous allons voir également que ces propriétés mécaniques vont nous permettre d’expliquer les performances des batteries tout solides alors qu’est-ce que l’on fait lorsqu’on va mesurer une propriété mécanique d’un matériau et bien on va
Appliquer une force et on va regarder comment ce matériau répond à cette force répond à cette contrainte donc cette force elle pourra être appliqué de manière perpendiculaire par exemple ici à une surface elle pourra être également appliqué de manière tangentielle ici à cette surface donc cette force elle aura donc une
Dimension une unité hein donc ça sera des pascals par mètre carré donc vous avez votre matériau donc vous imaginez vous avez une balle de tennis vous appliquez une pression et qu’est-ce qui va se faire et bien votre matériau va réagir et bien il va se déformer et donc c’est ce qui va nous
Intéresser donc on va s’intéresser à la déformation de ce matériau par l’application d’une force cette déformation pourra se faire de différentes façons elle pourra se faire longitudinalement ou dans le volume ou tangentiellement ce qui va nous permettre de définir ces différents paramètres et c’est ce paramètre déformation n’aura pas d’unité parce
Qu’on va toujours le comparer à la la dimension initiale alors lorsqu’on va s’intéresser aux propriétés mécaniques qu’est-ce que l’on va mesurer on va mesurer ben ce qui se passe quand on va appliquer une contrainte donc une force à un matériaux comment celui-ci va se déformer si on s’intéresse donc à cette
Propriété si on regarde le cas d’un métal voici le type de courbe que l’on observe donc ici vous vous avez la contrainte ici vous avez l’élongation on remarque sur cette courbe trois domaines distincts le premier domaine ici noté en bleu vous remarquez que vous allez appliquer ici une contrainte et vous
Allez avoir ici une faible déformation de votre matériau c’est ce qu’on va appeler le domaine élastique donc on voit bien ici que la contrainte est vraiment proportionnelle à l’élongation et si j’arrête ici ma contrainte et que je reviens à l’état initiale et ben c’est parfaitement réversible c’est-à-dire que je n’aurai pas de
Déformation de mon matériaux je vais aller jusqu’à cette valeur re qui représente la limite d’élasticité et de plasticité c’est-à-dire que au-delà lorsque je vais continuer à appliquer une force qu’est-ce qu’il va se passer et bien ici vous allez avoir une déformation beaucoup plus importante du matériau
C’est ce que l’on va définir comme le domaine plastique donc ici si j’arr si j’arrête d’appliquer ma force et bien je n’aurai pas je ne reviendrai pas à l’état initial c’est-à-dire que je vais conserver une certaine déformation donc c’est une déformation qui est irréversible je vais aller ici jusqu’à
Une valeur RM qui est la contrainte maximale qu’on va pouvoir atteindre de déformation au-delà de laquelle et bien on va avoir un phénomène de striction et de rupture du matériau donc ici on est dans le cadre de d’expérience menée en traction donc le phénomène de striction
Ici ça va être la modification ici de la section son retrécissement qui va être l’initiation ici de la rupture du matériau alors cette courbe elle va être différente en fonction du type de matériaux que l’on va regarder donc par exemple si on s’intéresse à des veres et des céramiques ou à des polymères
Thermodurcissables et bien la rupture du matériau va se produire dans le domaine élastique donc ici vous n’avez pas de domaine plastique et ce sont des matériaux qui sont dit plutôt fragile si on s’intéresse aux alliages et métaux c’est ce que nous venons de voir ou des polymères qui sont thermoplastiques bien
La courbe va être comme on vient de la décrire c’est-à-dire vous allez avoir ici un domaine élastique un domaine plastique et puis ensuite la rupture donc ici ces matériaux ils sont plutôt ductiles c’est-à-dire qu’ils vont avoir une aptitude à se déformer c’est ce qui va nous intéresser notamment dans le
Domaine des électrolytes tout solides pour ces batteries tout solides le dernier exemple ce sont les élastomères des caoutchou qui ont donc une déformation élastique il n’y a pas de proportion entre ici la la force que vous allez appliquer et la déformation de votre matériau donc vous connaissez
Tous le caoutchou comment il se déforme donc ici vous n’avez pas de variation linéaire maintenant on va s’intéresser à un domaine particulier de cette courbe donc de contrainte en fonction de l’élongation en particulier dans ce domaine et la astique où finalement vous allez appliquer une contrainte relativement forte et vous avez très peu
De variation de dimension de l’échantillon et donc si on réalise des tests en traction vous voyez qu’il y a une proportion entre la contrainte et la déformation et on va pouvoir mesurer ce qu’on appelle ici le module de Jung on peut aussi appliquer donc une force de manière parallèle à une surface donc
C’est ce qu’on va appeler ici le sisaillement et là aussi si on est dans ces domaines de déformation relativement faible on va pouvoir avoir un lien entre ici votre contrainte et votre déformation et cette fois-ci ce qui va lier ces deux entités ça va être le
Module de Coulon et puis on peut aussi réaliser des mesures en compression et cette fois-ci hein la linéarité va être obtenue par cette relation ici le facteur k ici va être le module de compressabilité alors la question que l’on peut se poser c’est finalement à quoi correspond ce module de Jung ben ce
Module de Jung va rendre compte de la liaison chimique donc de la cohésion finalement de votre de votre cristal et ça va être une valeur intrinsèque du matériau alors on peut le calculer donc on peut donc par exemple utiliser le modèle électrostatique de Lenard John qui a été proposé donc ici vous avez
Deux atomes donc les deux atomes lorsque vous allez vouloir les mettre ensemble ben il y avoir des forces de répulsion et d’attraction puis vous allez avoir un domaine ici euh d’équilibre qui est représenté ici par cette variation d’énergie potentielle en fonction ici de la distance donc lorsque vous formez euh
Votre molécule et bien vous aurez un minimum qui sera obtenu ici et bien lorsque vous allez faire la dérivée de cette énergie potentielle et ben vous allez trouver ici votre force de liaison plus la liaison sera forte et plus le modèle plus le module sera élevé alors
Évidemment ça c’est valable dans le cas des oxydes des vers mais ça ne va pas s’appliquer au cas des polymères qui vont être une exception ou ici le module de Jung va être lié à d’autres paramètres comme la cristallinité la réticulation donc ici je vous ai mis quelques exemples de modules que l’on
Peut observer pour tout un tas de liaisons chimiques donc la liaison covalente par exemple qu’on va retrouver dans le diamant qui est un matériau relativement dur donc vous voyez que le module est relativement élevé et puis je vous ai mis également la liaison ionique vous allez retrouver dans les cristaux
Ioniques et vous voyez ici un module qui est beaucoup plus faible la question qu’on peut se poser maintenant c’est comment on va pouvoir mesurer ces modues quelles sont les expériences que l’on va pouvoir réaliser donc je vous ai montré ici on peut faire de la traction on peut faire du
Sisaillement et de la compression mais quand on va s’adresser au matériaux d’électrolyte de batterie ou ou des matériaux de B batterie et bien ces matériaux sont sensibles à l’atmosphère en particulier ça va être difficile de former des éprouvettes et bien on va utiliser d’autres techniques et on va
Utiliser donc ce qu’on appelle la la nano ou la microindentation alors en quoi consiste cette expérience et bien vous allez réaliser ici des des pellettes des céramiques c’està-dire vous allez compresser votre poudre et puis vous allez utiliser ici un point son ou un indenteur et vous allez utiliser un profil de force et
Vous allez venir appliquer cet indenteur sur votre matériau jusqu’à une certaine profondeur ici et puis ensuite vous allez retirer cette indenteur avec un profil de charge ici c’est ce qu’on appelle la décharge et lorsque cet indenteur va se retirer de votre matériaux et bien vous allez lisser ici apparaître une
Empreinte donc donc ce que l’on va mesurer c’est finalement le profil ici de force lors de la charge donc lorsque vous appliquez ici V ettre un teur à la surface de matériaux et son profil ici de décharge si le matériau était parfaitement visco élastique ici ce que
L’on devrait observer c’est que ce point ici devrait revenir çaàdire lors de la décharge de votre matériau vous devenir au à l’estant initial ce qui n’est pas le cas dans cet exemple ici et on va pouvoir définir en fait deux domaines un domaine ici plastique qui indique que
Vous avez déformé votre matériaux et un domaine ici élastique qui montre que vous avez une certaine déformation réversible à l’intérieur du matériau si on utilise ces courbes pour calculer le module on va s’intéresser dans le domaine donc le module ne peut être calculé que dans le domaine où vous
Avez donc une contrainte et une très faible variation de de dimension de votre échantillon donc on va s’intéresser ici à cette à l’instant ici de départ du domaine élastique on va mesurer ici la le coefficient directeur ici de cette droite on va utiliser cette relation ici pour remonter donc au module du
Matériau alors la difficulté c’est vraiment de pouvoir réaliser ces tests sur les échantillons de batterie parce que ce sont des échantillons qui sont sensibles à tout un tas de de polluants ou tout ou l’atmosphère donc en particulier à la présence d’eau et donc en fait il va falloir designer un un
Dispositif pour pouvoir réaliser ces expériences en dans un domaine contrôlé donc ici c’est un dispositif qui a été conçu au laboratoire et ce dispositif nous permet de protéger l’échantillon en en plaçant donc une huile sur notre échantillon pour pouvoir réaliser nos tests donc ici on a travaillé donc avec un profil de
Décharge qui est présenté ici et on a mesuré ici le déplacement de l’indenteur vous avez ici une image de la surface avant indentation et ici après indentation où vous P constater ici le l’emprunte qui a été laissé par l’indenteur si on regarde ici la courbe
De force en fonction du temps et si on regarde donc la courbe en noir représente la force en fonction du temps et ici vous avez la le déplace la profondeur de pénétration de l’indenteur qui est noté ici par la courbe en bleu ce qu’on constate qui est très
Intéressant c’est que lorsque vous avez une force constante ici vous constatez que l’indenteur continue à à pénétrer donc votre échantillon ce qui est une indication du caractère viscoélastique de ce type de matériaux ce carè viscoélastique peut être mis en évidence d’une autre façon donc ici vous avez une image de la
Surface et ce que l’on peut faire on peut suivre comment l’ l’empreunte qu’on a laissé à la surface du matériau évolue au cours du temps et donc ici ce que l’on a fait on a mesuré ici la profondeur de l’indenteur de l’indentation enfin de l’imprunte que
L’on a laissé ici et on a regardé comment cette profondeur évolue au cours du temps c’estàdire comment l’empreinte que l’on a réalisé à la surface du matériau se résorbe au cours du temps là aussi on voit qu’on a une résorbation donc de de la de la de de la marque que l’on
A fait sur le matériau ce qui indique qu’on a un caractère viscoélastique du matériau et visco plastique en l’occurrence dans l’échelle de temps ici qui est mesurer alors la grande difficulté lorsque l’on fait ces mesures d’indentation ça va être de mesurer donc ce module de Jung et quand on réalise ces mesures
Tout un tas de paramètres microstructuraux vont influencer la valeur de du module par exemple la présence de porosité au niveau de la céramique et la rugosité de votre céramique donc pour réaliser ces tests ce que l’on a fait on a réalisé des cartographie ici au niveau de la surface
Ici de notre nos pastilles et on a pu déterminer une valeur moyenne ici du module par cette par ces expériences les les valeurs que l’on a calculé donc ce sont des moyennes sur une centaine de points aujourd’hui on est sur des moyennes de 400 points on trouve ici une
Valeur expérimentale de 16 goapcal qui est comparé donc à des valeurs calculées par des calculs par DFT de 22 donc ce qui est une B une très bonne mesure expérimentale alors dans ces batteries tout solides ce qui va être important c’est de regarder la mécanique donc les propriétés mécanique
En particulier de l’électrolyte solide donc sur ce graphi ici graphique ici vous avez ici le module de sisaillement en fonction du module de votre matériau représenté pour différents types de conducteur ionique don Jean-Marie vous a présenté les structures cristallographiques vous voyez ici ce qui est intéressant sur ce graphique
C’est que ces modules ces valeurs de modules vont dépendre en particulier de la nature de l’anon donc on peut constater ici que les matériaux à base de soufre présentent donc un module beaucoup plus petit que les matériaux ici à base d’oxyde représenté ici en bleu aussi ce qui va impacter donc ce
Module comme on l’a vu hein c’est relié donc à la structure cristallographique donc ici vous avez différents types de structures donc des structure de d’électrolyte à base de soufre des structures plutôt d’électrolyte à base d’oxyde et de d’électrolytes à base de phosphate et bien on voit que évidemment
Ici ce module va être impacté euh par cette nature de de de structure cristallographique un autre paramètre qui va être aussi important c’est la nature de Lon donc ici vous avez pour deux pour la structure antipérosquite vous avez ici une structure qui contient des ions lithium et ici une structure qui contient des
Ions sodium et bien on voit que le module est impacté par cette nature de cation et beaucoup plus petite dans le cas où vous avez du sodium donc qui est certainement lié à la polarisabilité de cet ion un autre paramètre qui va être extrêmement important en tout cas dans
Le domaine des batteries c’est de regarder en fait le rapport entre le module de sesaïement et le module de Jung ici et on a constaté de manière empirique que ce paramètre devait être inférieur à 0,5 pour avoir un comportement intéressant dans le domaine des batteries et en particulier ça rend
Compte de la ductilité du matériau alors cette mécanique de ce matériau d’électrolyte va impacter la mise en forme des batteries on va voir ça va impacter également le fonctionnement de la batterie et ça va impacter aussi l’intégration de l’anode de lithium dans la batterie alors on va
Commencer par regarder la mise en forme et ici je commence par des matériaux de type latp donc vous avez la formule chimique ici qui présente un module de Y qui est relativement élevé de l’ordre de 100 gopcal ces matériaux donc vous voyez il se présente sous la forme de poudre
Pour pouvoir les intégrer dans une batterie il va falloir donc les compacter donc on va les compacter par pression ils sont plutôt fragiles hein donc on va pas pouvoir appliquer une pression trop importante et même si on appliquait une pression importante on n’arriverait jamais ici à avoir un contact particules
Particules satisfaisant pour être un bon conducteur ionique donc il va falloir activer thermiquement pour avoir de la densification c’est-à-dire ici avoir un bon contact avec les particules pour avoir un bon transport du lithium entre les particules cette densification elle se fait à haute température et en particulier ici vous avez des
Expériences qui montrent donc la variation de longueur de l’échantillon en fonction de la température donc ça ça va représenter le processus densification et on voit qu’il faut aller ici à des des des températures de l’ordre de 1000°r pour pouvoir densifier le matériau c’est-à-dire avoir une densité ici du l’ordre proche on va dire
De 100 % et avoir des conductivité ionique qui soit intéressante pour être un bon électrolyte de batterie tout solide ces température ça peut présenter un problème notamment lorsqu’on va élaborer la composite lorsque vous allez élaborer la composite vous allez mélanger une une un matériau électroactif avec un conducteur ionique et donc si vous
Chauffez vous pouvez avoir de la réactivité au niveau des interfaces donc former des des phases secondaires qui vont gêner le transport des ions lithiums si on s’intéresse maintenant a des composés qui présentent des modules beaucoup plus faibles ici donc qui sont beaucoup plus ductiles et bien on va
Pouvoir mettre en forme cette fois-ci l’électrolyte tout solide par simple pressage de des particules et donc on va pouvoir de cette façon assembler des batteries tout solides donc on voit ici que en fonction de la pression que l’on va appliquer on va avoir une augmentation ici de la densité relative
Au niveau de la céramique donc ici on va regarder d’un point de vue microstructural ce qui se passe donc ici vous avez les particules que vous n’avez pas pressé et puis les particules que vous avez pressé à une pression de 74 mégapascal et lorsqu’on augmente la pression on voit ce processus de
Densification apparaître avec une augmentation de la densité cette augmentation de la densité va se traduire ici par une amélioration de la conductivité ionique donc on voit bien que en fonction de la mécanique du matériau d’électrolyte et bien on aura accès à différents types de fabrication
De la batterie tout solide et ça ça aura des conséquences notamment d’un point de vue process fabrication du dispositif tout solide maintenant on va s’intéresser au cyclage et on va voir que comment la mécanique comment les propriétés mécaniques peuvent impacter le cyclage de la batterie tout solide
Donc si je reprends ici la batterie tout solide et si je m’intéresse plus plus spécifiquement ici à l’électrode positive et bien je vous rappelle que lorsqu’on va cycler donc le matériau de positive va changer de volume donc ce qui va entraîner ici des contraintes aux interfaces solides
Solide donc quand on fait ce cyclage et bien vous allez vous allez observer des des problématiques de fatigue fatigue électrochimique du à ces variations volumiques le matériau de positive peut lui-même se fracturer on va y revenir et du fait que vous appliquez ici des contraintes vous allez pouvoir aussi
Fracturer l’électrolyte et donc la façon en fonction des types de propriétés mécaniques que va avoir votre électrolyte et ben vous allez plus ou moins bien relaxer ces contraintes quel va être l’impact et bien voir ça va avoir un impact sur les propriétés de transport c’est-à-dire que vous allez observer des gradients de concentration
Au niveau ici de votre électrode vous allez avoir une perte de contact entre vos particules et donc vous aurez un mauvais transport et donc de moins bonnes propriétés si on sin si on s’intéresse cette fois-ci à l’interface ici à l’anode donc entre le lithium métal et l’électrolyte tout
Solide et bien ici on va observer aussi des phénomènes de fracture et en fonction même de la nature des propriétés mécaniques de l’électrolyte de la façon dont on va il va relaxer les contraintes ces fractures pourront être très importantes le métal le lithium métal il est il est plastique donc il va se
Déformer donc ce qui va nous interdire d’appliquer trop de pression lors du cyclage et aussi ces propriétés vont évoluer en fonction du temps donc qui va fluer donc comment se traduit donc ces propriétés mécaniqu sur les propriétés de transport et bien à l’interface ici on aura des hétérogén de courant et ça
Ça va être problématique parce que ça va favoriser ici la croissance de dendrite si on s’intéresse maintenant à l’électrolyte et bien cet électrolyte il est coincé entre ces deux électrodes qui elle même travaille respire et bien pour accommoder les contraintes qu’il reçoit et bien il aura tendance à se fracturer
Et évidemment ça va se traduire par des peres de contact au niveau ici des particules par un mauvais transport et l’apparition de la porosité on verra que ces paramètres là vont favoriser la croissance d’entrétique et donc vont diminuer les performances de la batterie alors si on veut concevoir une
Batterie tout solide qui fonctionne ben il va y falloir essayer de minimiser ces gradients de déformation élastique alors comment on va pouvoir procéder et bien à la positive on va pouvoir s’intéresser à concevoir des matériaux de de cathode qui n’ont pas de déformation ou en tout
Cas où la déformation est la plus faible possible donc c’est ce qui a été déjà euh regardé donc on voit ici donc ce type de matériaux donc ces oxyfluorures donc lorsque vous allez faire ces cycles de charg et décharges donc vous avez une variation volumique qui est beaucoup
Plus faible donc vous allez avoir moins de contraintes qui vont se présenter à l’intérieur même de votre électrode positive donc CD a montré que pour concevoir ce type de matériaux fallait intéressé on pouvait jouer sur la composition chimique on pouvait jouer sur l’ordre ionique on pouvait aussi
S’intéresser euh au métal de à la coordination du métal à l’intérieur même de du du matériau donc tout cela sont des paramètres que l’on peut regarder pour concevoir ce type de matériaux on peut aussi compenser la déformation donc à l’échelle de la batterie par un choix judicieux des
Matériaux de positiv et de négative mais aussi on peut compenser à l’intérieur même de de la de l’électrode positive donc ici vous avez les variations volumiques en fonction donc ici du taux de litiation pour différents types de matériaux qui sont utilisés comme électrodes positives dans les batteries
Donc ici vous avez les oxydes de cobalt lorsque lorsque vous allez les délitier vous voyez que vous avez une augmentation de volume ici vous avez donc les matériaux dont nous a parlé Jean-Marie nickel cobalt manganise manganèse ou lorsque vous allez délitier au contraire vous avez une une
Contraction du volume donc si on associe ces matériaux donc à l’intérieur même d’une électrode positive donc on voit ici lorsqu’on fait la charge et la décharge dans le cas des oxydes de cobalte donc on a une augmentation ici de la contrainte une augmentation du volume et une diminution inverse dans le
Cas de ces du nickel cobalt manganèse et lorsqu’on les met ensemble et bien on observe une courbe ici où finalement la variation ici de contrainte est plus faible néanmoins cette solution n’est pas une solution viable à l’échelle d’une électrode de batterie tout solide parce que à l’échelle locale vous allez
Avoir quand même des contraintes qui vont se former et vous pouvez avoir de la fracturation et donc vous allez perdre le contact au cours du temps au cours du cyclage à la négative le la problématique va être un tout petit peu différente à la négative donc un enjeu
Va être de déposer le lithium étal de manière au homogène sous la forme d’une d’un film 2D qui soit parfaitement plan et alors autant on connaît très bien les problématiques de formation de dentrite dans les batteries lithonon à électrolyte liquide autant dans les systèmes tout solides on est au début de
La compréhension des systèmes alors ce que l’on constate lorsqu’on va faire une batterie tout solide donc ici c’est une batterie tout solide à base d’un électrolyte de type argyodite donc qui est un matériau qui est relativement du duuptile et bien on voit ici une diminution de la capacité de rétention
Au cours du cycle et cette diminution de la capacité de rétention au cours du cycle au cours du cyclage est lié à la morphologie ici du lithium qui se dépose lorsque vous faites vos cycles de charge et déchargge donc on voit apparaître ici un lithium qui est extrêmement poreux
Qui est sous forme ici de filaments et ces filaments vont euh à force de de ces cycles vont pénétrer à l’intérieur de l’électrolyte et vont créer donc un court-circuit de la batterie donc on regarde également donc par des analyses postmortèes on voit que ce dépôt de lithium est très hétérogène
À la surface ici du collecteur de courant ce qui traduit que vous avez des hétérogénéités de courant à la surface au niveau de la surface de votre anode alors pour limiter ces problématiques donc on peut proposer des couches tampons entre votre électrolyte et votre collecteur de courant donc des couches
Tampon qui contiennent donc du carbone et en particulier des nanoparticules d’argent le fait d’utiliser ces nano ces couches barrières et bien on peut déposer de manière beaucoup plus homogène du lithium donc vous voyez ici un lithium relativement dense et lorsque l’on va cycler et bien on va retrouver
Ici la couche tampon que l’on a utilisé donc le fait de mettre des particules d’argent donc dans cette couche carbonée ici va abaisser les barrières de cristallisation et on va avoir un un dépôt de lithium qui sera beaucoup plus homogène et on aura un courant à l’interface qui sera beaucoup plus
Homogène donc ça se traduit comment et bien ça se traduit ici lorsqu’on regarde la capacité de rétention on voit qu’elle est relativement bonne au cours du cyclage on est à 1000 cycles et au niveau de l’efficacité colombique on observe des efficacités colombiques qui sont proches de 200 %.
Alors aussi on va pouvoir donc on voit que il faut que ce ce dépôt se fasse de manière très homogène il faut qu’il ce soit un dépôt dense et on peut aussi modifier la mouillabilité de l’électrolyte tout solide pour arriver à avoir un dépôt qui soit homogène à la surface de
L’électrolyte donc ici vous avez un exemple donc il s’agit d’un électrolyte à base de lszo qui est un oxyde de structure garnette et on voit que il a une très mauvaise mouillabilité vis-à-vis du lithium et on voit ici que l’interface entre l’électrolyte et le lithium est très mauvaise ce qui va
Entraîner ici des Pors qui va être la source de la croissance dendritique si on fait un dépôt ici à l’interface d’une couche par exemple d’alumine on va modifier ici la mouillabilité du lithium et donc on aura une meilleure interface ce qui va se traduire ici par une capacité beaucoup plus stable au cours
Du cyclage mais il n’y a pas que l’interface qui va jouer dans cette problématique de croissance dentristique vous avez aussi la pureté du lithium qui va aussi impacter en fait la croissance d’antrétique donc ce sont des travaux qui ont été menés par balsara cette fois-ci sur des électrolytes non pas
Oxyde ou sulfure mais des électrolytes polymères où il montre ici on a l’électrolyte polymère avec le lithium éthal lorsque vous allez faire passer une charge et bien vous voyez ici apparaître des imperfections au niveau de l’électrolyte et vous allez avoir la formation de dendrites et ces dendrites
Elles sont lié à la présence d’impureté au niveau du métal lithium et ces impuretés vont être la source de la nucléation du lithium et donc en fait la la source de la nucléation de dendrite alors on peut essayer évidemment de euh de contrôler les mécanismes d’atténuation des contraintes en jouant
Même sur la nature des matériaux et en et en en particulier en jouant sur la taille des matériaux donc par exemple ici donc les auteurs se sont intéressés donc à cycler des matériaux nickel cobalt manganèse qui présentent ici des particules secondaires composées de particules primaires et ils ont montré
Que ce sont des matériaux donc qui sont polycristallins et lorsque l’on va cycler on a une diminution ici de la capacité cette diminution de la capacité elle va être liée à des phénomènes ici de fracture qui se produisent au cours du cyclage et lorsque vous allez cycler
Ben vous allez avoir une perte de la masse active et vous allez augmenter les chemins de conduction et donc vous avez une perte de la conduc de une perte de la capacité si vous changez c’est par particules par des particules qui sont beaucoup plus petites ici en taille et
Qui sont monocristallines et bien vous améliorez considérablement ici le cyclage et on observe moins de fracture au niveau de la positive et ça à quoi c’est dû et bien c’est li au fait que lorsqu’on va travailler avec ce type de particule et bien vous allez mieux accommoder les contraintes vous allez
Avoir des des dislocations qui vont permettre un glissement des plans et qui vont éviter c’est la fracturation de votre matériau de positive donc je dirais petit plus fort hein smaller stronger si on s’intéresse maintenant à la négative et bien ici on va voir que le lithium il a une particularité c’est
Un métal comparé aux autres métaux il a un point de fusion qui est relativement bas il est à 180°c donc c’est un métal qui va être extrêmement ductile et et donc on peut le voir ici sur ces courbes de contrainte en fonction d’élongation on va voir qu’il va avoir un domaine plastique relativement
Important on voit que c ces propriétés vont être liées à comment vous appliquz la contrainte et on voit que même si vous appliquez la contrainte de manière assez rapide et bien bon ben vous arrivez ici à un plateau de contrainte qui est situé aux alentours de 1
Mgapascal ça veut dire quoi ça veut dire qu’en fait votre lithium et bien il va pouvoir se déformer et vous allez pas il va pas pouvoir supporter des forces supérieures à un mégapascal donc aujourd’hui lorsqu’on cycle à 100 mgapascal et bien c’est bien trop même 70 pour intégrer du lithium dans votre
Dispositif tout solide mais le lithium il a aussi cette particularité c’est que lorsque vous allez changer sa taille donc ici ce sont des expériences qui sont réalisées avec des nano indenteur sur ici des euh des nanofilaments de lithium et bien on va voir que la résistance élastique donc son seuil d’élasticité va augmenter
Et il va devenir relativement dur et donc quand on modifie la taille on va modifier la façon dont le lithium va accommoder les contraintes c’estàdire que ici vous allez avoir un glissement des dislocations dans du lithium massif alors qu’ici vous allez avoir un mécanisme d’accommodation des contraintes qui va être liée à la
Formation de dislocation donc ça ça va avoir une conséquence ça avoir une conséquence notamment sur la formation d’andritique et sur la fracturation d’électrolyte parce que vous imaginez ici le lithium est capable de supporter 200 mgapascal donc il va y avoir un rassemblement des contraintes au sommet de votre dendrite qui va imposer des
Contraintes relativement fortes à à votre électrolyte il va pouvoir se fracturer comment on peut améliorer finalement donc comment on peut améliorer ces processus comment on peut atténuer les contraintes en s’intéressant cette fois-ci à l’électrolyte alors par exemple on sait que dans les céramiques on peut améliorer la déformation plastique en
Créant des dislocations donc ici vous avez un matériau donc à l’origine où vous avez ici un indenteur vous allez craquer ici par l’application d’une pression et lorsque vous allez ajouter des dislocations à ce matériau ben vous voyez que vous avez une meilleure résistance ici à la fracture ça se
Traduit ici sur ces courbes de force en fonction de la profondeur des dentation vous voyez apparaître sur ce le matériau origine ici une discontinuité au niveau de la courbe qui rend compte d’une fracture et on voit que le matériau qui présente des dislocations il n’y a pas
De de de il n’y a pas cette discontinuité on peut regarder ici ce facteur K qui va être représentatif de la ductilité du matériau et et on voit qu’en intégrant des dislocations on a une augmentation de ce facteur donc si on forme des dislocations on va pouvoir modifier les propriétés mécanique du
Matériau mais aussi on va voir que c ces propriétés on va pouvoir aussi modifier les les propriétés ioniques donc en particulier ici lorsqu’on va s’intéresser à des matériaux d’argirodict par l’application ici d’une pression on forme ces dislocation et la proportion de dislocation que l’on va formé va dépendre de la pression que
L’on va appliquer et ça ça va jouer ici sur la conductivité ionique on voit que puis il y a des dislocation plus la conductivité est meilleure et ça c’est pas dû à un changement de mécanisme hein puisqu’ici vous avez des énergie d’activation qui ont été calculé par différentes techniques c’est dû juste
Par rapport à ce qu’a raconté Jean-Marie à une fréquence de saut qui est certainement plus importante si on on intègre ces matériaux qui ont été modifiés donc ici dans des batteries tout solides on voit qu’on conserve qu’on a des propriétés ici qui sont relativement intéressante mais ce qui va
Être beaucoup plus intéressant si on s’intéresse à la conductivité ionique au niveau de l’électrode positive et bien on va voir que la conductivité ionique est meilleure quand on a un matériau qui présente donc ses dislocations et en plus on aura modifié aussi ses propriétés mécanique alors comment on peut ajouter
Ces dislocations dans les matériaux d’électrolique de batterie et bien on peut jouer sur le procédé et on peut utiliser des procédés de densification hors équilibre donc par exemple ici on va réaliser des compacts où on va appliquer ici un courant ce qui va nous permettre donc de montrer très très vite
En température et donc ici de favoriser la présence éventuellement de défauts à l’intérieur du matériau ce qui a été réalisé ici sur des oxydes à base de TI 2 où on voit apparaître ici des défauts d’empilement et la présence de dislocation au niveau de la céramique
Comment ça se traduit d’un point de vue mécanique donc ici vous avez un matériau de tdo2 qui n’a pas été renforcé par la présence de ces dislocations donc on voit qu’il casse vraiment dans le domaine élastique dans cette courbe ici en rouge et lorsque donc ici vous avez
Donc les expériences où on voit apparaître ici de une fracture lorsque l’on va appliquer une contrainte et lorsqu’on va intégrer des dislocations au niveau du matériau on voit apparaître ici un domaine de plasticité dans votre matériau et ça se traduit sur les images ici par des plans de glissement et donc
Une modification des propriétés mécaniques de votre système alors si on s’intéresse à un autre matériau d’électrolyte qui est ce matériau ici à base de phosphore oxygène et azote on constate ce matériau il a été utilisé donc dans les batteries tout solides en particulier les batteries
Sous forme de film mince et on voit que ce matériau permet de cycler 10000 fois donc il est relativement bon en terme de propriété pour ce type d’application quand on regarde les propriétés mécaniques de ce matériau donc il a un module qui va être situé aux alentours
De 70 gpcal mais surtout comme vous voyez ici lorsqu’on fait ces mesures d’indentation on voit que il a un seuil de plasticité donc on voit ici que le matériau va former des espèces de bourl et donc il va être capable d’accommoder de cette façon-là les contraintes ce qui
N’est pas du tout le cas des matériaux oxyde de type latp où on va apparaître ici des fractures des hétérogénités au niveau ici des courbes d’indentation qui sont représentatifs de ces euh de de ces caractéristiques donc fracture et porort ce qui va être aussi important c’est de regarder ce facteur ici euh
Donc qui est le rapport entre le module et la dureté du matériau qui va aussi rendre compte de la duuctibilité du matériau donc on voit ici qu’il est relativement faible donc dans le cas du latp ce sont des matériaux relativement fragiles et dans le cas de ces matériaux
Donc lipon de type vert amorphe et bien ce ce ce paramètre est plus important et ce sont des matériaux qui sont beaucoup plus ductiles ces matériaux présentent aussi euh la caractéristique lorsque l’on va faire ici des profils de charg différents et bien ils vont présenter des phénomènes ici d’stérise au niveau
De l’ésentation ce qui va traduire un caractère visco plastique ou visistoélastique en fonction des contraintes de temps que l’on va utiliser alors si on regarde la fatigue électrochimique donc ici si on repart sur notre composite notre positive de de de notre batterie donc qui est un mélange ici entre les particules actives
Et ici en bleu clair votre électrolyte tout solide ce qui va être important c’est évidemment cette interface entre ces deux matériaux ce que l’on peut constater donc comme quand on va cycler on va ici avoir des variations volumiques on va observer un certain nombre de dégradation donc on va observer des
Fractures transgranulaires c’est-à-dire à l’intérieur même de votre particule on va observer des fractures intergranulaires c’est-à-dire entre les grains et puis on va observer aussi une fracture qui va pouvoir se passer à l’interface entre ces deux matériaux mais aussi des phénomènes de fissuration qui vont avoir lieu ici au niveau de
L’électrolyte et ces pertes elles apparaissent évidemment dès les premiers cycles comme on peut le voir ici lorsqu’on va comparer ici cette courbe en bleu et ces courbes oranges hein donc on voit ici que l’on a une irréversibilité qui va être liée donc à cette fracturation à cette perte de
Contact que l’on va observer au niveau de la positive pour pouvoir démontrer qu’il s’agit bien de cette perte de contact on peut suivre ici la variation de la résistance de contact entre l’électrolyte entre la partie tout ce entre le conducteur ionique et le le le et l’électrode et le matériau
Électroactif donc qui est représenté ici en rouge et on voit que cette résistance augmente au cours du temps ce qui met bien en évidence ces problèmes d’interface qui se produisent au cours du cyclage évidemment comme on l’a déjà constaté on peut utiliser la pression pour essayer d’améliorer tout cela parce
Qu’effectivement si vous appliquez une pression vous allez fermer votre fracture vous allez pas permettre à ce que votre fracture se propage mais on a vu que dans le cas où on intégrerait le lithium il faut pas avoir des pressions trop importantes donc la pression effectivement donc ici c’est ce que les
Auteurs ont fait sur ce cette étude donc vous avez ici la capacité la la la capacité de décharge en fonction du nombre de cycles pour différents types de matériaux de négative donc ici le silicium et le graphite je vous rappelle silicium c’est + 300 % le graphite c’est
+ 10 % et on peut constater que lorsqu’on va ici appliquer une pression de 75 mégapascal et bien on peut limiter ici la fracturation donc au niveau de l’électrolyte on voit apparaître mais elle est plus faible et dans le cas du carbone et bien on peut conserver ici un
Électrolyte qui est euh qui qui qui reste relativement intacte donc la pression effectivement améliore mais attention la pression on peut pas utiliser des pressions sont trop importantes sinon on ne pourra pas intégrer le lithium métal une autre problématique du du des batteries tout solide ça va être vraiment la croissance du lithium
Comment ce lithium va se déposer puisqu’on a vu que c’était vraiment là où il pouvait y avoir un intérêt à concevoir ces batteries donc ici vous voyez donc on a une une un électrolyte de type argérodite avec ici deux électrodes de lithium et on regarde en fonction du courant que l’on va faire
Passer comment évolue la microstructure de votre électrolyte et vous voyez que avec l’augmentation du courant on observe ici une croissance on on voit apparaître ici des des fractures et ces fractures augmentent avec le temps et cette fracturation est liée aux défaut que vous avez à la surface c’està-dire à
L’interface entre votre céramique ici et votre lithium et donc ce qu’on peut regarder ce qu’on peut constater qui est assez intéressant c’est que vous allez d’abord avoir la fracturation et ensuite parce que vous avez cet espace libre B le lithium va venir s’engouffrer et comme je vous ai dit que le lithium
Lorsqu’il était tout petit il était très fort et bien il va poursuivre il va faire que la fracture va continuer à pénétrer dans le matériau donc c’est ce qui est représenté ici par ces schémas donc au départ donc on va avoir une dendrde de lithium qui va pousser ici
Vous avez beaucoup de tension qui se forment ça va fracturer votre électrolyte et évidemment ça va encourager le lithium à pénétrer et à traverser votre électrolyte et donc à observer donc des phénomènes de court circuit évidemment il y a pas que les défauts surfaciques qui vont aussi être
La source de la croissance d’étique vous avez aussi des défauts volumique et donc ces défauts molimiques comment ils sont obtenus ben ils son souvent obtenus lorsqu’on va densifier des céramiques à haute température je vous ai dit dans le cas des matériaux qui présentent des modules élevés pour pouvoir les
Densifier pour pouvoir les utiliser comme matériaux d’électrolyte et bien il va falloir les densifier à haute température donc ici vous avez donc la la conductivité en fonction ici de la température donc vous voyez qu’il faut aller à relativement haute température pour avoir des conductivités importantes si on regarde ici le nombre de transfert
Qui représente qui bouge dans le matériau on voit que si on est trop bas et bien ici bah le nombre de transfert n’est pas égal à 1 ce qui veut dire vous avez des électrons qui participent dans le processus et si on va haut en température ici ben on voit qu’on a
Essentiellement le lithium qui bouge malgré cela le fait de la présence d’un petit peu de porosité donc ici à 1150° on a 4,5 % de porosité et bien ici on voit apparaître sur ces graphiques où on va reg regarder ici la densité de courant critique et bien on va voir
Apparaître ici des phénomènes discontinus qui sont liés à la croissance dendrétique donc quand on a plus de porosité évidemment ça apparaît à des courants beaucoup plus bas et donc on voit ici apparaître la au niveau de votre pastille ici la présence de filaments de lithium ce mécanisme de
Croissance va aussi pouvoir se faire à partir des joints de grain les joints de grain comme Jean-Marie l’a expliqué ce sont des des domaines où vous avez un petit peu de conductivité électronique ce qui est représenté ici par la mesure du ban de Gap et bien ces joints de
Grain vont permettre vont donner des électrons et vont favoriser donc la croissance dendrétique donc ici vous vous allez avoir des densités de courant qui seront beaucoup plus faibles c’està-dire vous allez observer la croissance d’étique pour densités de courant beaucoup plus faible quand on regarde au niveau de la microstructure
Et bien ici on voit apparaître une espèce de microstructure à la surface de la pastille poreuse qui va être liée donc à cette croissance dendritique et si on regarde ici les images de microscopie électronique à transmission et si on s’intéresse ici à ce défaut euh à ce défaut qui il est un défaut
Donc ici à l’intersection des particules de de d’oxyde et bien on voit ici une modification de l’intensité ce qui traduit en fait la croissance de votre lithium et donc ici vous avez le schéma donc en fait ces joints de grain contiennent des électrons et donc vous allez faire favoriser la croissance du
Lithium dans ces joints de grin alors maintenant je vais terminer par comment on peut mesurer les contraintes dans ces batteries et donc on va pouvoir mesurer ces contraintes de différentes façons donc on peut utiliser ici des capteurs de pression donc je vous rappelle donc si on utilise par exemple des matériaux qui
Vont avoir des variations volumiques différentes en fonction de la litiation on peut de manière macroscopique donc ici ce sont des mesures macroscopiques lorsque vous allez ici cycler votre batterie donc chargé déchargé et bien ici vous avez une évolution des contraintes qui suit parfaitement votre cycle et vous retrouvez ici he lorsqu’on
Va délitiier et bien vous avez une augmentation de la contrainte qui va lier être liée à une augmentation du volume de la maille si je regarde maintenant ces matériaux qui eux présentent une variation volumique négative et bien vous voyez à la charge la décharge bien on a une diminution de
La contrainte et une réaugmentation de la contrainte et donc ici on voit que lorsqu’on va délitier et bien on a une diminution de la contrainte ce qui se traduit par une contraction de votre maille volumique on peut aussi euh utiliser des méthodes acoustiques pour aller mesurer
Ces contrainte et en fait on peut faire ce qu’on appelle de l’imagerie par ultrason c’est de l’échographie et donc en fait ici typiquement vous avez votre batterie ici toute solide et vous allez ici envoyer des ondes acoustiques donc à haute fréquence et vous allez regarder comment ces ondes vont être perturbées
Euh quand elles vont traverser ici votre batterie et donc elles vont être sensibles en particulier aux interfaces c’està-dire au changement de milieu d’accord donc vous allez pouvoir voir en particulier ce qui se passe entre votre positive et votre électrolyte donc si vous avez une réactivité par exemple si
Vous avez des gaz qui sont produits dans votre batterie ou si vous avez de la passivation parce que vous allez changer la réponse acoustique de votre système alors ici sont des expériences qui ont été réalisées sur des interfaces donc à base d’oxyde de cobalt en présence donc d’électrolyte tousolite de
Type argyodite et donc ici donc on va faire on va balayer ici en potentiel et on va regarder donc le courant et vous avez les images donc instantanées qui sont réalisées en fonction du potentiel appliqué et ce qui est intéressant ici donc on va suivre cette coloration bleue qui va augmenter
Avec ici le potentiel qui est lié ici à la décomposition de d’une partie de votre de votre système donc en l’occurrence ici donc les les la fabrication de de la cellule faisait intervenir des solvants donc il y avait un mauvais séchage des solvants et donc à potentiel élevé on
Avait une dégradation des solvants sous la forme de gaz on peut réaliser cela sur des systèmes complets ici de batterie et où on voit voit ici également l’apparition donc ici de de de gaz qui se forme au cours du cyclage de cette batterie tout solide et là c’est
Simplement dû à des procédés de fabrication hein donc en fait le système est tout solide il y a pas de solvant Jean-Marie dedans hein c’est juste les solvants qui ont été piégés à l’intérieur de la batterie et qui ont été mal séchés dur durant la conception
Et qui vont ensuite lors du cyclage bah se décomposer alors on peut aussi regarder beaucoup plus localement ce qui se passe au niveau des contraintes et on peut utiliser donc des fibres optiques donc ça c’est un travail qui est réalisé dans l’équipe de genan-marie donc en fait ici
On est vraiment on va on est dans l’intimité je dirais de de la de la batterie donc on va utiliser donc des fibres optique avec des réseaux de brag ici donc on va euh donc illuminer donc cette fibre et puis vous allez avoir une partie de l’intensité lumineuse qui va
Être transmise et une partie qui va être réfléchi ici par la présence de ces réseaux de Brague et donc cette cette fibre va être positionnée donc à l’intérieur même ici de la batterie et donc tout ce qui va perturber ici la fibre donc tout ce qui va modifier ici
L’indice de réfraction optique qui peut modifier ici le réflecteur de Brague ben va rendre compte d’un phénomène et donc cette modification ici de la longueur d’onde que vous allez mesurer va être reliée ici à des phénomènes donc d’élongation longitudinal en l’occurrence ici et si vous êtes dans des domaines de faible déformation ben
Vous allez pouvoir appliquer la loi de haoc et donc vous allez pouvoir euh relier cette déformation à la contrainte donc c’est ce qu’ils ont fait euh au laboratoire et donc ils ont regardé ici au cours du cyclage comment varier donc déjà euh la la pression externe et comment varier donc la pression interne
Qui est mesurée ici euh par cette fibre optique et on peut même remonter aux contraintes à l’intérieur même du cyclage de la batterie donc on voit qu’on est dans des contraintes de l’ordre de 7 à 4 mgapascal alors pour finir euh je voudrais vous présenter donc un
Résumé un petit peu de ce que j’ai raconté et puis quelques réflexions autour justement de ce couplage entre les propriétés mécaniques la mise en forme et le cyclage des batterie et donc on voit que il y a une corrélation donc en fait entre la chimie l’électro chimie et la mécanique
Donc si on s’intéresse donc quand on designne une une batterie donc on va avoir donc un matériau actif ici la cathode un électrolyte solide qui va être aussi présent au niveau de cette composite et puis on a le lithium métallique je dirais que les problématiques sont très complexes au
Niveau du lithium métal on a vu donc cette croissance d’andritique qu’il va falloir gérer que l’on va pouvoir gérer donc donc en en en jouant sur cette interface entre le lithium éétal et l’électrolyte euh oups pardon donc ce qu’on peut voir au niveau de l’électrochimie au niveau de du
Transport c’est que en fait ces propriétés mécaniques entraînent ici des courants non uniformes à l’interface qui vont en fait favoriser cette croissance d’andyritique au niveau de l’électrolyte on a pu remarquer que en fait les propriétés mécanique avait un impact sur la perte de contact des particules donc
Qui entraîit un mauvais transport on a pu observer aussi de la porosité et au niveau ici de la composite de la positive et bien on a pu voir que les contrainte mécanique pouvait aussi entraîner ici des gradients de concentration et du mauvais transport au niveau de l’électrode et donc ici je
Vous ai mis en résumé toutes les les les les propriétés mécaniques qui peuvent qui vont gérer en fait chacun des éléments de la batterie hein et qui vont impacter ici le transport que l’on vient de discuter donc si on veut essayer d’avoir des systèmes qui fonctionnent il va falloir trouver des mécanismes de
Relaxation des contraintte donc à la fois au niveau de l’électrolyte à la fois au niveau du lithium et il faut pas perdre de vue que en fait ces propriétés mécanique ces mécanismes de relaxation des contraintes vont dépendre de la dimension des objets vont dépendre de la de la température et
Vont aussi dépendre des densités de courant que vous appliquez et donc ça ça va être très important lorsqu’on va s’intéresser à de la charge rapide en particulier donc il va falloir concevoir des matériaux d’électrodes sans variation volumique des des céramiques d’autant plus ductiles et concevoir une li une anode en lithium qui accommode
Les contraintes et donc pour cela il va falloir essayer de modéliser pour décrire le lien qui existe entre déformation et contrain dans ces batteries tout solide donc on aura besoin de la modélisation donc je finirai par remercier mon équipe avec qui je travaille au quotidien sans eux
Et bien ça serait déjà beaucoup plus triste de faire de la recherche et puis merci Jean-Marie merci merci pour ton enthousiasme dans ce domaine des [Applaudissements] batteries [Musique]