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Laurent Bernard à l’assaut des électrolytes solides

Laurent Bernard à l’assaut des électrolytes solides

A 28 ans, Laurent Bernard a remporté le premier prix du YESS Award 2018. La compétition organisée par le RS2E récompense chaque année deux projets originaux portés par de jeunes chercheurs. Laurent Bernard a proposé cette année un projet ambitieux pour comprendre et maîtriser le mécanisme de conduction ionique du nouveau matériau phare des batteries lithium tout solide : l’électrolyte polymère solide développé par la start-up Ionic Materials.

Pour commencer M. Bernard, félicitations pour votre prix. Votre projet a vraiment attiré l’attention du jury !

Merci.

Expliquez-nous comment l’idée de vous intéresser à l’électrolyte solide d’Ionic Materials vous est venue à l’esprit.

Tout simplement en faisant de la bibliographie pour mon sujet de thèse [CEA-Liten et INAC] que je vais d’ailleurs soutenir en décembre 2018. J’ai réalisé pendant trois ans une étude multi-échelle de structure et de transport ionique sur des cristaux liquides utilisés en tant qu’électrolyte pour des batteries Li-ion solides.

Et dans le domaine des batteries solides, l’électrolyte d’Ionic Materials fait rêver [ndlr : Renault, Saft et Total ont investi dans la start-up]. Sa conductivité est excellente par rapport à celle des autres électrolytes organiques solides connus (10-3 S/cm vs 10-6 S/cm en moyenne à température ambiante).

Intrigué, je me suis penché sur les brevets de la start-up américaine. En recoupant toutes les données disponibles, j’ai réussi à déterminer la composition de leur produit.

Dites-nous-en plus !

Je dirai juste qu’il s’agit d’un matériau utilisé dans plusieurs domaines dont la microélectronique. Utiliser ce produit dans le domaine des batteries est par contre une solution originale. Il fallait y penser.

Néanmoins, Ionic Materials semble ne pas s’intéresser au mécanisme de conduction ionique derrière les performances exceptionnelles de son électrolyte.

Mon objectif serait donc d’aller plus loin qu’eux : Comprendre ce mécanisme de conduction unique en son genre pour trouver des substituts novateurs et ainsi optimiser la performance des batteries.

C’est un projet ambitieux, non ?

J’ai acquis en thèse le savoir-faire nécessaire pour le mener à bien. J’en profite d’ailleurs pour remercier mes encadrants au CEA pour tout ce qui m’ont appris et leur soutien inébranlable pendant ces 3 années. Ce projet doit en partie à eux.

Pendant ma thèse, mes travaux ont porté sur l’élaboration et la caractérisation d’une nouvelle classe d’électrolytes solides organiques composés de cristaux liquides ioniques, qui sont à la fois solides et liquides. Dans certaines directions, ils ont un comportement cristallin. Dans d’autres, ils sont désordonnés.

J’ai réussi à créer dans ce nouveau type de matériaux des « autoroutes » de conduction du lithium [ndlr : Conductivité améliorée, Canaux de diffusion des cations sous contrôle]. J’ai également pu déterminer la structure de l’électrolyte par SAXS (Small-Angle X-ray Scattering) et SANS (Small-Angle Neutron Scattering). La détermination de leur structure m’a amené par la suite à tenter de comprendre le phénomène de diffusion, à l’échelle atomique, du Li entre les anions à partir de mesures sur les grands instruments à l’Institut Laue–Langevin de Grenoble. Ma formation d’ingénieur matériaux m’a, en plus, permis d’aborder l’extrusion de matériaux polymères et composites.

Ces savoir-faire sont inestimables. Je peux les appliquer à tout type d’électrolyte organique, notamment à ceux développés par Ionic Materials. Les seules choses qui me manquent sont, finalement, un financement et un laboratoire où mener à bien ce projet.

Que ce soit pour la thèse ou pour le YESS Award 2018, vous travaillez sur les électrolytes. Pourquoi cet intérêt pour cette composante des batteries?

Quand j’ai commencé ma thèse il y a trois ans, les chercheurs s’intéressaient essentiellement aux cathodes. Le but était d’élaborer de nouveaux matériaux pour monter en densité d’énergie. Puis, peu à peu, la recherche a glissé vers les électrolytes car nos connaissances sur les cathodes atteignaient une certaine maturité. Les électrolytes, qui jouent un rôle central dans les batteries, n’ont pas connus, eux, de grand changement depuis l’apparition des premières batteries au lithium. Pourtant, ce sont leurs propriétés qui sont limitantes aujourd’hui. Le passage d’électrolytes liquides à des électrolytes solides représente, selon moi, la prochaine grande révolution pour les batteries de nos téléphones, ordinateurs … et voitures !

Laurent Bernard is a former @CEA_Liten #INAC Phd student. He won the YESS Award 2018 with his unique project : "Groundbreaking solid electrolyte for Li-ion batteries"

RS2E (@EnergyRS2E) October 3, 2018