Collège de France
Jean-Marie Tarascon
Chimie du solide et de l'énergie
Année 2023-2024
Séminaire - Christel Laberty-Robert : La mécanique des matériaux : une autre dimension pour le tout solide
Christel Laberty-Robert
professeur, Sorbonne Université , LCMCP, animatrice de l'équipe RMES
Résumé
Les batteries tout solide, vantées pour leur sécurité accrue et leur densité énergétique supérieure, se présentent comme la solution privilégiée pour l'avenir, suscitant un intérêt marqué dans les secteurs des véhicules électriques. Actuellement, cette technologie fait l'objet de recherches approfondies à la fois dans le milieu académique et industriel, englobant les secteurs des batteries, des fournisseurs de matériaux et des consortiums internationaux. Toutefois, il reste à déterminer si cette tendance représente simplement une déclaration d'intention ou une véritable innovation technologique.
Dans le contexte des batteries tout solide, la plupart des obstacles technologiques entravant leur avancement sont liés à la gestion des interfaces et à leur stabilité tout au long des phases d'assemblage et d'exploitation. Par exemple, les variations de composition observées dans les particules de cathode lors de l'utilisation de la batterie génèrent des problèmes mécaniques au niveau des contacts entre les particules d'électrode qui se dilatent ou se contractent et l'électrolyte solide. Du côté de l'anode, le dépôt de lithium métal crée un stress complexe à l'interface avec l'électrolyte solide. Ce dépôt peut se produire non seulement à l'interface électrode-électrolyte, mais aussi à l'intérieur de l'électrolyte solide, dans ses pores ou le long des joints de grains. Le dépôt de lithium confiné génère ainsi des zones avec un stress « hydrostatique » élevé capable d'initier des fractures dans l'électrolyte. Bien que la plupart des défaillances dans ces dispositifs soient attribuables à des problèmes mécaniques, la majorité des recherches se concentre sur l'amélioration du transport d'ions et la stabilité électrochimique des électrolytes.
Dans le cadre de ce cours, après un rappel des descripteurs des propriétés mécaniques, nous aborderons notre compréhension de la mécanique des batteries à l'état solide et de l'effet de la présence de multiples interfaces solides-solides. Nous examinerons également les solutions « matériaux » qui existent pour prévenir et soulager les contraintes afin d'améliorer les performances de ces dispositifs.
Intervenants