Étude des matériaux de batteries par émission acoustique couplée à l'électrochimie

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La décrépitation des matériaux de batteries lors des cycles de charge/décharge a pour effet d'accélérer leur corrosion par l'électrolyte et/ou d'induire une perte de connectivité électronique au sein de l'électrode ce qui réduit notablement leur durée de vie. On pense en particulier aux hydrures métalliques dans les batteries Ni-MH ou encore aux alliages M-Li (M= Si, Sn,..) dans les batteries Li-ion. À ce jour, l'évaluation de leur décrépitation se limite généralement à une observation post mortem des électrodes par microscopie ce qui ne permet pas une analyse détaillée du processus de décrépitation. Or celui-ci peut varier notablement selon la nature des matériaux d'électrode et les conditions de cyclage. À ce titre, un de nos principaux objectifs dans le cadre de ce programme de recherche sera de développer une méthode d'analyse novatrice et performante basée sur l'émission acoustique permettant d'étudier IN SITU la décrépitation d'électrodes négatives à base de Mg pour batteries Ni-MH et à base de Si pour batteries Li-ion. Nous analyserons en détail les signaux acoustiques produits par leur fracturation lors de leur réaction électrochimique avec l'hydrogène ou le lithium. Ceci nous permettra d'établir les mécanismes réactionnels qui régissent leur décrépitation. L'avènement d'un tel outil nous permettra aussi d'établir précisément l'influence des conditions de charge/décharge et des particularités chimiques, microstructurales et morphologiques de nos matériaux d'électrode sur leur décrépitation. Par une analyse approfondie des signaux acoustiques, il s'agira également de déterminer si d'autres phénomènes ayant lieu durant le processus de charge/décharge (dégagement gazeux, frottement des particules, transition de phase, formation d'une couche de passivation) peuvent être détectés et étudiés par cette technique. L'ensemble de ces données nous permettra de développer de nouvelles formulations et stratégies de synthèse et de mise en forme d'électrodes négatives pour batteries Ni-MH et Li-ion qui pourraient aboutir à la conception de batteries à haute densité d'énergie susceptibles de répondre aux exigences de nombreux marchés incluant celui des véhicules hydrides et électriques.