Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie,
centre de recherche sur les batteries et supercondensateurs
Les unités de pré-transfert
Responsable : Mathieu Morcrette (LRCS)

Le pré-transfert fait l’interface entre la recherche amont et les centres de transfert comme le CEA. Son objectif est l’intégration des nouveaux matériaux électroactifs dans des démonstrateurs (prototypes de batterie, supercondensateur, etc.) fiables et reproductibles, en vue d’évaluer et de démontrer leur potentiel applicatif.

Assemblage_batteries_RS2E   Ligne_prototypage_RS2E

Les équipements disponibles : Equipements de mélange, tables d’enduction, viscosimètre, système d’enduction, de découpe, de bobinage, de sertissage de batteries 18650.

Ces derniers équipements permettent d’assembler des batteries dont la capacité est de l’ordre de 1 à 2Ah. Ces éléments permettent de valider le pré-transfert des matériaux issus du réseau ou de l’industrie que ce soit les matériaux d’électrode mais aussi les sels et les solvants en lien étroit par exemple avec les thématiques transverses « vieillissement/modélisation » ou pour alimenter la thématique « sécurité ».

Le pré-transfert regroupent 4 unités, nécessaires au procédé en chaîne indispensable pour assurer le transfert rapide d’un concept vers sa validation à l’échelle de démonstrateurs (prototypes). L'objectif de l'activité de pré-transfert du réseau est de valider les résultats préliminaires sur les applications à une échelle pré-industrielle, par la réalisation de prototypes d'accumulateurs au format 18650 couramment utilisé das l'industrie.

  • L'unité d'Upscale des Matériaux, dont le but est la synthèse de matériaux actifs utilisés dans les prototypes d'accumulateurs, de 1g à 500g. L'objectif est de trouver des moyens de synthèse facilement transposables à l'industrie,
  • L'unité de fabrication d'électrodes, qui comprend la formulation, le calendrage, le decoupage, l'enroulement,
  • La plateforme de prototypage où sont réalisés et assemblés les accumulateurs 18650,
  • L'Unité de caractérisation, qui est chargé de la réalisation des tests sur les prototypes finis : tests électrochimiques, mesures d'energie, de puissance, vieillissement, auto-décharge, analyse post-mortem. 

     

De la réalisation des électrodes à l'enroulement, pour obtenir un prototype de batteries 18650 fonctionnel

Au-delà des préoccupations technologiques, nous recherchons la compréhension fondamentale et quantitative des relations entre les propriétés des matériaux électroactifs (texture, chimie de surface…), la composition de leurs électrodes (formulation incluant les additifs non-électroactifs), leur procédé de mise en forme et ses paramètres, l’architecture de ces électrodes, leurs propriétés électriques et mécaniques à leurs différentes échelles, le grammage et la porosité des électrodes, et enfin leurs performances électrochimiques. Sur cette base scientifique, l’activité de la plateforme comprend également la recherche et l’évaluation de nouvelles formulations et nouveaux additifs non-électroactifs, le développement de nouveaux procédés de fabrication, la recherche de nouvelles architectures d’électrode et de dispositif.

Un prototype d'accumulateur 18650

Ce travail passe notamment par le développement de compétences et d’outils pour une meilleure compréhension du comportement des encres et des suspensions colloïdales, tels que la rhéologie couplée à d’autres techniques (spectroscopie diélectrique, microscopie, etc.) et la simulation numérique (simulation de dynamique brownienne, etc.) en relation avec la thématique théorie. Le développement de ces outils est essentiel à l’activité de la plateforme, mais également pour accompagner le transfert à l’échelle pilote ou semi-industrielle des formulations d’électrode que ce soit sur la plateforme STEEVE du CEA ou pour un autre industriel du réseau.que « sécurité ».