Analyse in situ de batteries commerciales basée sur la spectroscopie de résonance magnétique multinucléaire plug-and-play et l'imagerie par balayage de surface – BAMR

La spectroscopie et l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) ont montré une sensibilité exceptionnelle aux environnements locaux et à la dynamique des éléments électrochimiquement pertinents. L’architecture Jelly Roll reste la conception la plus économe en énergie utilisée dans les cellules de batterie, mais un défi important pour la RMN réside dans la pénétration limitée des champs de radiofréquence (RF) à travers les boîtiers conducteurs et les collecteurs de courant. Dans ce projet, nous développons une approche expérimentale, appelée RMN plug&play, qui permet la transmission directe des ondes RF à travers les bornes de la batterie, permettant une excitation et une détection efficaces des signaux provenant de matériaux électrochimiques actifs. Un adaptateur RF spécialisé transforme la batterie en une sonde RMN accordable sur une large gamme de fréquences de Larmor. Cet adaptateur offre des informations détaillées sur les environnements chimiques des éléments électrochimiquement actifs et introduit de nouvelles mesures pour évaluer avec précision les états de charge (SoC) et de santé (SoH). Des tests préliminaires ont révélé des transformations électrochimiques entre les formes intercalées et métalliques de porteurs de charge tels que le lithium et le sodium, ainsi que des effets de susceptibilité magnétique globale dans les électrodes des cellules de poche commerciales. Le magnétisme des composants d'une cellule est un indicateur sensible de la chimie des électrodes, SoC/H, de la distribution du courant et des défauts. L'IRM à balayage de surface est une approche innovante pour la cartographie sensible des modèles de champ magnétique à la surface externe de la cellule. Une série d'appareils combinant des capacités de RMN plug&play et d'IRM de surface seront déployés pour étudier la dynamique de croissance des dendrites, les transitions de phase magnétique et le transport des ions dans les cellules à l'aide de spectromètres RMN à faible et haut champ.