Pouvoir observer une batterie lithium-ion en fonctionnement permettrait de mieux comprendre les phénomènes électrochimiques et physico-chimiques en jeu, et d'en améliorer les performances. Les chercheurs du Liten ont justement mis au point un protocole d'étude de ces accumulateurs par XPS*, permettant d'observer les modifications de l'environnement chimique de la batterie in operando.

Jusqu'à présent, ce genre d'observation nécessitait l'arrêt du test de cyclage et la dissection de la batterie à différents temps de fonctionnement. Ici, un porte-objet spécifique a été développé pour connecter un accumulateur au lithium à un potentiomètre et suivre les changements de structures chimiques aux interfaces électrolyte/électrodes en direct. En outre, les contraintes liées au fonctionnement du spectromètre sous ultra-vide ont été contournées en utilisant des batteries à électrolytes à base de liquides ioniques, moins sujets à l'évaporation dans de telles conditions que les électrolytes liquides classiques.

Le protocole, baptisé OXPS, a été testé sur des micro-batteries (piles boutons). Les résultats obtenus ont été corroborés par ceux d'une campagne parallèle d'observation directe. L'OXPS permettra de comprendre la relation entre structure chimique (électronique) et les mécanismes de dégradation des électrolytes aux interfaces avec les matériaux d'électrode pour, à terme, améliorer l'efficacité des matériaux pour la conversion de l'énergie.

* XPS : spectrométrie photoélectronique X