Caractérisation par spectroscopie operando de batteries Lithium lors du cyclage

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Caractérisation par spectroscopie operando de batteries Lithium lors du cyclage

Pour faciliter le développement des futures générations de batteries, il y a un besoin important d’améliorer les techniques de caractérisations usuelles des batteries. Ces dernières sont généralement réalisées avant/après cyclage (avant assemblage/après démontage de la batterie) alors que les informations les plus pertinentes sont à recueillir lors du fonctionnement de la batterie.

L’analyse d’une batterie en cours de cyclage n’est clairement pas simple car nécessite des techniques sélectives à la surface/interface/interphase, suffisamment sensibles et compatibles avec une approche in situ (non invasives).

Description du projet

Dans le cadre de ce stage, nous proposons le développement d’une méthodologie operando basée sur la spectroscopie infrarouge (FTIR) pour caractériser le cyclage de batterie lithium (LIBs – Lithium ion batteries).

Le stage commencera par une étude bibliographique portant sur l’apport de la spectroscopie IR (ex situ, in situ, operando) pour la caractérisation de batterie.

L’analyse IR operando de batterie nécessite un assemblage spécifique des éléments constituants la batterie (électrode négative/positive, electrolyte, séparateur, collecteur). Le stagiaire aura pour objectif d’optimiser le design de la batterie. Des travaux récents de Dominko et col. [1-2] ont montré qu’il était possible de suivre l’évolution de la batterie en cours de cyclage par spectroscopie IR en utilisant des cellules Pouch avec fenêtre optique en Silicium. Ce design de cellule spectro-électrochimique constituera un bon point de départ pour le volet expérimental.

L'étudiant sera encadré par une équipe multidisciplinaire et aura accès à différents équipements analytiques et expérimentaux permettant l’assemblage et la caractérisation de batterie. Le stagiaire devra traiter, interpréter/synthétiser les résultats, et faire un reporting régulier à l’équipe projet.

[1] Energy Storage Materials 21 (2019) 347–353
[2] Nature Communications 9 (2018) 661)