BATTERY 2030+ : comprendre l’interface électrolyte-électrode des batteries pour améliorer leurs performances

« Comment réinventer la manière dont nous concevons des batteries au bénéfice de l’industrie européenne de la batterie ? » BATTERY 2030+, un projet de recherche d’ampleur européenne, a tenté d’apporter des éléments de réponse lors d’une conférence organisée mardi 4 mai. Parmi les principales pistes technologiques mises en avant, la fine couche de passivation qui se forme à la surface lors de la première charge appelée « Solid Electrolyte Interphase » (SEI).

BATTERY 2030+ est une initiative de recherche impliquant plusieurs laboratoires et organismes de recherche européens, parmi lesquels le CEA en France. C'est une brique du vaste écosystème industriel et scientifique impulsé par l'Union européenne appelé l’Alliance européenne pour les batteries. Le chercheur Tejs Vegge, chargé de présenter les activités BATTERY 2030+ lors de l’événement en ligne, a notamment mis en lumière la première thématique de leur feuille de route : « Accéléré les découvertes liées aux interfaces et aux matériaux des batteries ».

La « Solid Electrolyte Interphase » au cœur de la performance

« L’interface électrolyte-électrodes est certainement l’aspect le moins bien compris de la batterie, alors que des réactions critiques s’y passent », a appuyé le chercheur Tejs Vegge. C’est en effet à cet endroit que se forme la couche passive appelée SEI entre l’électrode négative (anode) et l’électrolyte pendant la charge aux valeurs basses de potentiel. Essentielle au fonctionnement des batteries lithium-ion, la SEI est constituée de produits de réduction de l'électrolyte et empêche la dégradation ultérieure de l’électrolyte après chaque charge tout en permettant la diffusion des ions lithium vers l’électrode, comme l’expliquent les chercheurs Antonin Gajan et Ivan Lucas sur le site Culture Sciences-Chimie. Sur certains matériaux, une couche de passivation similaire entre l’électrode positive (cathode) et l’électrolyte se développerait également à l’interface.

L’interface a été mise en avant comme étant un aspect fondamental de la performance et de la durée de vie de la batterie par Northvolt AB, développeur et fabricant suédois de batteries, spécialisé dans la technologie lithium-ion pour véhicules électriques. « C’est un enjeu clef ! a confirmé Hwamyung Jang, responsable des matériaux de pointes chez Northvolt lors de la conférence de BATTERY 2030+. Nous engageons des activités de recherche sur la simulation, afin d’essayer de comprendre ce qui se passe dans l’interface. »

Infrastructure de données européenne

Pour accélérer les recherches sur l'enjeu hautement stratégique qu’est l’interface, BATTERY 2030+ ambitionne de développer une infrastructure de données européenne dans le domaine de la batterie. Cette organisation serait compétente pour collecter automatiquement, gérer et analyser les données de tous les domaines du cycle de développement des batteries. « Ces données, générées sur des temps plus ou moins long et des TRL plus ou moins avancés, serviraient différentes approches, comme la simulation numérique, la synthèse et la caractérisation automone de matériaux de pointe, des essais de fonctionnement, détaille M. Vegge de BATTERY 2030+. Tout cela contribuera au développement de nouveau matériaux et de nouvelles cellules. »

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