Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie,
centre de recherche sur les batteries et supercondensateurs

L'IS2M accueille un microscope de nouvelle génération !

L'IS2M accueille un microscope de nouvelle génération !


L’Institut de science des matériaux de Mulhouse (IS2M, UMR CNRS/UHA), est un partenaire historique du RS2E. L’institut nous a rejoint notamment pour son expertise dans les matériaux carbonés (indispensables dans les électrodes de supercondensateurs et de batteries).

© IS2MIl y a deux ans, Cathie Vix-Guterl, directrice de l’IS2M, proposait au RS2E de participer au financement d’un microscope électronique de nouvelle génération. Comme le développement de la microscopie fait partie de nos objectifs, une participation de 150.000€ a été décidée (sur les 2,4 millions d’euros nécessaires au total). Il s’agit d’un microscope électronique à transmission JEOL ARM-200F CFEG. « CFEG » pour « cold FEG » : ce canon à électron permet d’avoir une meilleure brillance (intensité) du faisceau et une meilleure dispersion en énergie (monochromaté). Cette intensité accrue du faisceau monochromaté conduit à la formation d’images de grande qualité « qui permettent d’observer  un échantillon à l’échelle atomique et de reconstruire la morphologie en 3 dimensions mais également de déterminer son organisation chimique et structurale », déclare Cathie Vix-Guterl.

Autre point important, il s’agit d’un microscope équipé d’un correcteur permettant de s’affranchir des aberrations sphériques de la lentille objectif. Ces aberrations sont la principale source d’imperfections dans les clichés de microscopie. Les images résultantes sont de bien meilleure qualité (résolution spatiale et résolution en énergie) que celles des microscopes d’ancienne génération ce qui permet aux chercheurs de faire ce que l’on appelle de la microscopie « quantitative » : la comparaison des images obtenues à des simulations théoriques pour mieux comprendre la structure du matériau étudié.

© IS2M
Nanoparticules d'or observées avec le nouveau microscope (© IS2M)

Une partie du temps d’utilisation du microscope sera dédiée aux recherches sur les batteries et supercondensateurs menées au RS2E via notamment l’axe microscopie in situ et operando porté par le Dr. Arnaud Demortière, chargé de recherche nouvellement recruté par le CNRS. Pour le jeune chercheur, « la microscopie électronique a pris un nouvel essor avec l’apparition de porte-objets permettant la réalisation d’expériences dans l’enceinte même du microscope (in situ). Ces dispositifs expérimentaux ouvrent la voie à l’observation directe (operando) de matériaux pendant les réactions électrochimiques. Le suivi en temps réel de l’évolution de la structure des matériaux fournit des informations cruciales sur les mécanismes réactionnels qui nécessitent une meilleure compréhension. Avec l’appui et le savoir-faire des scientifiques du RS2E en termes de mesures électrochimiques et de caractérisations des matériaux, nous allons développer ce nouvel outil de caractérisation MET operando qui répond idéalement aux demandes croissantes liées au développement des batteries Li-ion et Na-ion de nouvelles générations ». Son expertise vient en renfort de celles des autres microscopistes affiliés au RS2E comme le Pr. Loic Dupont et le Dr. Carine Davoisne au LRCS, le Dr. Loic Vidal et Stephan Knopf à l'IS2M. La participation du CEA est également à noter au travers du Dr. Adrien Boulineau, de la plateforme microscopie du Liten.

© IS2M/RS2E/Demortiere
Electrode en silicium (© IS2M/Arnaud Demortière)

Le microscope a été inauguré le 6 février 2015 en présence des élus nationaux, régionaux, départementaux et locaux.