Cellules cylindriques pour l'amélioration de la sensibilité en RMN operando des batteries – CYCLONE

La RMN operando est une technique puissante pour caractériser à l’échelle atomique les mécanismes de fonctionnement et les limites des batteries rechargeables. Toutefois, ces expériences demeurent fortement limitées par leur faible sensibilité, ce qui empêche notamment d'étudier les noyaux peu sensibles, les espèces minoritaires et les processus de charge rapide.

Ce projet vise à augmenter la sensibilité des expériences RMN operando sur les batteries grâce à la mise en œuvre d'une configuration de cellule cylindrique. Cette dernière augmentera considérablement la quantité de matière active dans la cellule et améliorera donc la sensibilité des mesures RMN operando, permettant alors des expériences qui n'étaient pas réalisables auparavant. Dans le cadre de ce projet, des cellules cylindriques seront conçues et optimisées, pour permettre de réaliser deux études de ce type pour la première fois.

En premier lieu, nous commencerons par étudier la croissance de l'interphase solide-électrolyte (solid-electrolyte interphase, SEI) dont la compréhension est essentielle pour obtenir des batteries à longue durée de vie, mais dont les études in operando sont extrêmement difficiles en raison de la très faible concentration en SEI. En utilisant des cellules cylindriques optimisées, nous réaliserons des études RMN operando permettant de suivre et comprendre la formation de la SEI. Nous fournirons donc des informations importantes pour contrôler la SEI et in fine améliorer les batteries.

Dans un second temps, nous contrôlerons la formation de phases métastables dans les cathodes LiFePO4 (LFP) pendant la charge rapide. Ces phases métastables sont encore mal caractérisées et n'ont jamais été observées par RMN operando. L'utilisation de cellules cylindriques nous fournira une sensibilité et une résolution temporelle sans précédent, nécessaire à la characterisation de ces phases transitoires, contribuant ainsi à l'utilisation du LFP dans les batteries à charge rapide.