Axe 01
Physique des batteries sans lithium
Sodium-ion, batteries à flux au fer, plomb-carbone : la physique du stockage hors de la chaîne du lithium.
Contexte
Le laboratoire travaille sur des ressources en cobalt, en nickel et en fer, et sur aucun lithium. Construire une filière de stockage sur une chimie lithium reviendrait à importer l'intégralité de la valeur ajoutée et à dépendre d'une chaîne d'approvisionnement sous tension mondiale.
Les chimies alternatives (sodium-ion, batteries à flux au fer, plomb-carbone) sont documentées à température ambiante tempérée. Leur comportement à 35–40 °C, régime thermique ordinaire d'un local technique non climatisé, reste mal caractérisé. C'est précisément là que se trouvent les questions ouvertes.
Questions ouvertes
Ce que la littérature ne tranche pas
Dégradation des cathodes sodium-ion en oxydes lamellaires Na–Ni–Mn entre 35 et 40 °C : quelle est la contribution respective des transitions de phase sous désodiation, de la dissolution du manganèse et de la fissuration intergranulaire ?
Analogues du bleu de Prusse : quel rôle jouent l'eau zéolithique et les lacunes de [Fe(CN)₆] dans la perte de capacité en cyclage à température élevée ?
Transport ionique dans les électrolytes aqueux concentrés et dans les électrolytes à base de fer pour batteries à flux : coefficients de diffusion, nombres de transport et spéciation en fonction de la température et du pH.
Interface électrode–électrolyte des batteries plomb-carbone : par quel mécanisme la microstructure du carbone additif supprime-t-elle la sulfatation de l'électrode négative ?
Existe-t-il une signature électrochimique (spectroscopie d'impédance, analyse différentielle de tension) permettant de séparer ces mécanismes de dégradation in operando, sans démontage de cellule ?
Faisabilité
Un potentiostat, un banc de cyclage et une enceinte thermique régulée suffisent à produire les données. La diffraction et la microscopie s'obtiennent par collaboration.
Méthodes et moyens
- Cyclage galvanostatique et spectroscopie d'impédance électrochimique en enceinte thermique régulée
- Analyse différentielle de capacité (dQ/dV) et de tension pour la déconvolution des mécanismes de vieillissement
- Synthèse de poudres cathodiques par co-précipitation et voie sol-gel
- Diffraction des rayons X et microscopie électronique ex situ, en collaboration
- Calculs DFT des barrières de migration du sodium et de la stabilité de phase
Débouché visé
Une chimie de stockage stationnaire qualifiée pour le climat tropical humide, assemblable à partir de ressources non lithiées, et le cahier des charges d'une ligne pilote d'assemblage.
Chaîne de production simulée
Ligne d'assemblage de cellules sodium-ion, plomb-carbone et à fluxDe la co-précipitation du précurseur à la formation électrochimique de la cellule.Axes liés
Physique computationnelle
DFT, dynamique moléculaire, simulation multiphysique : structure électronique, transport de phonons et défauts ponctuels.
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Métrologie et étalons secondaires
Un pays sans étalons secondaires ne peut ni certifier ni exporter. Physique fondamentale à impact industriel immédiat.
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Matériaux électroniques à partir de ressources abondantes
Oxydes conducteurs transparents sans indium, matériaux magnétiques doux au fer, céramiques diélectriques.
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