Topic description
Le besoin urgent de solutions de stockage d'énergie plus sûres, à plus haute densité énergétique et plus durables a intensifié les recherches sur les batteries solides à base de lithium de nouvelle génération (LiSSB), qui se présentent sous la forme de cellules en poche multi-empilées, composées de la superposition de plusieurs empilements simples. Une cellule simple comprend une couche de lithium métallique pur comme électrode négative (ou anode), un film d'électrolyte solide et une couche d'électrode positive composite (ou cathode). Alors que l'état de l'art sur l'architecture à empilement unique reste limité à l'échelle académique, les recherches sur les LiSSB multi-empilées sont encore plus rares et principalement restreintes aux acteurs industriels, laissant la complexité des architectures multi-empilées largement inexplorée.
Pour combler cette lacune, une corrélation systématique des mécanismes opérationnels et de défaillance entre les cellules à empilement unique et multi-empilées est essentielle pour identifier les paramètres critiques régissant les performances des batteries.
L'approche scientifique s'articule autour d'objectifs clés avec la conception, l'assemblage et l'optimisation de LiSSB fonctionnelles à empilement unique et multi-empilées, adaptées à l'imagerie neutronique ; et l'utilisation de la laminographie in situ par neutrons et rayons X synchrotron pour visualiser et quantifier les dommages et les modes de défaillance au sein des cellules. La laminographie (une généralisation de la tomographie) est particulièrement adaptée aux échantillons de batteries solides et devrait offrir la meilleure qualité d'image (par exemple, une réduction des artefacts par rapport à la tomographie). Le projet proposé s'appuie sur nos travaux pionniers déjà menés sur ce sujet, incluant des expériences de preuve de concept réussies sur les lignes de faisceau ILL NeXT et ESRF ID19, qui ont démontré la faisabilité des tests mécaniques in situ et de la visualisation 3D des dommages dans les cellules LiSSB.
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The urgent need for safer, higher-energy-density, and more sustainable energy storage solutions has intensified research into next-generation Lithium-based solid-state batteries (LiSSBs) that consists in a multi- stack pouch cell made of the superposition of several single-stacks. A single-stack battery cell comprises a layer of pure Li metal as negative electrode (or anode), a solid-state electrolyte film, and a composite positive electrode (or cathode) layer. While the state-of-the-art on single-stack architecture is limited at academic scale, research on multi-stack LiSSBs are even more sparse and mostly restricted to industrial players, leaving the complexity of multi-stack architectures largely underexplored. To address this gap, a systematic correlation of the operational and failure mechanisms between single-stack and multi-stack pouch cells is essential to identify the critical parameters governing battery performance.
The scientific approach is structured around core objectives with the design, assembly, and optimization of single- and multi-stack functional LiSSBs adapted to neutron imaging, and the use of neutron and synchrotron X-ray based in-situ laminography to visualize and quantify damage and failure modes within the cells. Laminography (a generalization of tomography) is particularly well suited for solid-state battery samples and expected to provide the best image quality (e.g., reduced artifacts compared to tomography). The proposed project leverages our pioneering works already conducted on this topic, including successful proof-of-concept experiments at ILL NeXT and ESRF ID19 beamlines, which demonstrated the feasibility of in-situ mechanical testing and 3D damage visualization of LiSSB cells.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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