Comprendre les heterogénéités de réaction dans les batteries Na-ion: de la micro à la nano diffraction synchrotron

Les batteries Na-ion sont compétitives par rapport au Li-ion pour les applications de puissance (charge/décharge rapide), et ont l’intérêt d’être exempt de métaux critiques tels que le Co, Ni ou le Li. Cependant la charge rapide provoque l’apparition d’hétérogénéités de réaction inter/intra particulaire qui provoque une sous-utilisation de l’électrode ou la fracture des particules de matériaux actifs. Ces phénomènes hors-équilibre qui détériorent les performances de la batterie sont très difficiles à mesurer et donc à comprendre. En effet, peu de techniques de caractérisation peuvent mesurer les hétérogénéités de réaction du micron (échelle de l’électrode) au nano (échelle de la particule) en quelques secondes (conditions de charge rapide). L’objectif de cette thèse est de développer et de combiner deux techniques synchrotron, la microdiffraction et nanodiffraction de Laue, sur des batteries en fonctionnement afin de mesurer et quantifier ces hétérogénéités multi-échelle dans des cathodes pour batteries Na-ion à haute vitesse de charge. L’équipe est déjà experte de la microdiffraction operando sur batteries, et utilisatrice de la nanodiffraction de Laue sur d’autres type de matériaux. Dans le cadre de projets nationaux (PEPR batteries) et européens (BIG-MAP), les résultats de la thèse seront comparés à des modélisations multi échelles afin d’avancer notre compréhension de ces systèmes pour en améliorer les performances et réduire le vieillissement.

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