Numéro 56 de Science@ifpen

Christophe Copéret
Professeur à l'ETH Zürich
Membre du Conseil Scientifique d'IFPEN

Que ce soit dans nos smartphones ou dans le cadre de la transition énergétique, les batteries occupent déjà une position clef de notre vie quotidienne. Elles sont des « objets » complexes, comportant des compartiments, des composants, des électrolytes et de multiples interfaces qui permettent le stockage réversible de l'énergie.

Comme tout objet, les batteries s'usent, souffrant de la perte progressive de leur propriété de stockage. Dans le cas des batteries au lithium, un des modes de vieillissement est lié à la formation d'une couche ultrafine de l'ordre du nanomètre, qui se forme à l'interface entre l'anode et l'électrolyte. Cette couche appelée « Solid Electrolyte Interphase (SEI) » dans la langue de Shakespeare, croît avec le temps, consommant du lithium cyclable et entraînant à terme une perte en capacité.

Afin d'améliorer la durée de vie des batteries, il est important de comprendre l'origine du cycle de leur vie et le mécanisme de croissance de cette couche ultrafine. Au vu de la complexité des phénomènes de vieillissement et la difficulté à les caractériser, une approche envisageable est la modélisation. C'est exactement ce sur quoi s'est penché Mohammed BIN JASSAR au cours de sa thèse. Il a en particulier obtenu une description atomistique de la décomposition de l'électrolyte ainsi qu'une description de la croissance de la SEI et de la perte de capacité associée. L'évaluation de plusieurs approches de calcul lui a aussi permis d'augmenter l'efficacité des simulations et de montrer les limites actuelles de ces approches.

Cette thèse est une parfaite illustration des travaux doctoraux réalisés à IFPEN, à savoir d'une excellente qualité scientifique tout en s'attaquant à des problèmes et des enjeux concrets pour nos modes de vie. Il pose des bases solides sur la compréhension du mécanisme de vieillissement des batteries, un premier pas vers des modèles prédictifs et in fine l'amélioration de notre quotidien. C'est pourquoi il s'est vu attribuer le Prix de thèse Yves Chauvin 2024.

Bonne lecture.