Rationalisation des potentiels d'électrodes dans les batteries rechargeables – REPiB

La performance des batteries est étroitement liée aux processus physicochimiques se produisant aux interfaces entre le matériau actif et l'électrolyte. Dans les batteries lithium-ion, l'interface électrolytique solide (SEI) formée par la décomposition réductive de l'électrolyte est depuis longtemps reconnue comme essentielle pour leur stabilité au cyclage et leur efficacité. Cependant, des études récentes ont mis en lumière le rôle clé de la solvatation des cations dans les électrolytes concentrés (dans les batteries lithium-ion et au-delà) et son impact sur le potentiel de l'électrode, ce qui permet de limiter les processus réducteurs compétitifs tels que la formation de la SEI et d'améliorer les performances. Ces nouvelles observations sont à l'origine d'un changement de paradigme dans la conception des électrolytes, tant pour les batteries non aqueuses que pour les batteries aqueuses. Malgré ces avancées, il n'existe actuellement aucun modèle du mécanisme électrochimique permettant de rendre compte du couplage entre la solvatation et le transfert d'électrons à l'interface dans les électrolytes hautement concentrés, ni d'expliquer de manière satisfaisante la forte déviation du potentiel de l'électrode par rapport à l'équation de Nernst standard. L'ambition du projet REPiB est de combler cette lacune en développant un modèle électrochimique générique applicable à différents types de batteries, intégrant la désolvatation et l'insertion d'ions (ou la déposition électrochimique) à l'interface matériau actif/électrolyte, et permettant de rationaliser le potentiel de l'électrode. Ce projet de recherche fondamentale repose sur une approche complète, combinant et confrontant expérimentation, modélisation mécanistique, simulations électrochimiques et calculs théoriques. Il s'étend également à la mise en œuvre pratique par le développement rationnel d'électrolytes pour des batteries optimisées, jusqu'au niveau de la cellule.