Aquabatt — Comprendre les mécanismes de vieillissements des batteries aqueuses à travers des techniques de carcatérisations innovantes

Remplacer les solvants organiques, dans les batteries Li-ion, par de l’eau pourrait améliorer la sécurité des batteries. Malheureusement, l’eau souffre d’une fenêtre de stabilité électrochimique étroite (1.23V), rendant le système peut compétitif. Récemment, une approche, se basant sur la saturation de l’eau par du sel a permis de drastiquement accroitre la fenêtre de stabilité au-delà de 3V. Cependant, de nombreux défis restent à relever, en particulier les réactions de type réaction évolution d’hydrogène (HER) et réaction d’évolution de l’oxygène (OER). Ces réactions conduisent à des évolutions de pH local, qui sont à cette heure très difficile à évaluer. Aquabatt propose de répondre à ces défis en proposant une approche unique et interdisciplinaire combinant à la fois de la chimie, de l’électrochimie, de la science des matériaux et de la physique. Diverses solutions d’électrolytes (sel de LiTFSI et de LiTDI) seront étudiées par RMN afin de comprendre la relation entre stabilité électrochimique, concentration en sel, viscosité etc... En parallèle, une approche innovante telle que le microscope électrochimique à balayage (SECM) en mode operando sera mise en place afin de comprendre les évolutions du pH en fonction du potentiel du cyclage et de la concentration en sel. Des électrodes modèles avec des matériaux actifs seront utilisés pour cette étude. Ces mêmes électrodes modèles seront utilisées pour comprendre les dégradations interfaciales telles que l’interphase électrolyte solide (SEI) par mesure operando de type spectroscopie photoélectron des rayons X aux grands instruments (Soleil). Les phénomènes de transport (mobilité du Li et des protons) ainsi que les évolutions de gaz engendrées par les réactions HER et OER seront suivies operando par des techniques d’imagerie neutronique et de spectroscopie de masse afin de comprendre les limitations des systèmes aqueux. In fine, Aquabatt permettra d’élucider les principaux problèmes des batteries aqueuses.