Contacts : F. Ozanam, M. Rosso, C. Henry de Villeneuve
Ingénieur de recherche : N. T. Phung
Doctorants : D. A. Dalla Corte (2013), B.-M. Koo (2017), Y. Feng (2021), N. T. Phung (2023)
Les batteries lithium-ion sont une des meilleures solutions actuelles pour le stockage de l’énergie électrique. Des électrodes négatives à base de silicium, au lieu du carbone actuellement utilisé, permettraient d’améliorer encore leurs performances. Cependant, ce matériau subit des variations de volume très importantes pendant les cycles de charge/décharge, qui provoquent une dégradation rapide de la batterie.
Nous travaillons sur un nouveau matériau dérivé du silicium, le silicium amorphe méthylé (Fig.1), qui a l’avantage de mieux accommoder les variations de volume. Nos études, réalisées sur des électrodes en couches minces (épaisseur ≤ 400 nm), ont mis en évidence une bien meilleure stabilité au cours des cyclages (environ 80% de la capacité initiale préservée pendant plus de mille cycles) et un rendement faradique - charge restituée sur charge stockée - très proche de l’unité.
Fig. 1 : Structure à l’échelle atomique du silicium amorphe méthylé : les sphères de couleur bleu-cyan représentent les atomes de silicium, les sphères grises et jaunes les groupements méthyles (1 carbone lié à 3 hydrogènes et à 1 silicium).
Collaborations : A. Cheriet (CRTSE, Alger), J. Światowska, A. Seyeux (Chimie-ParisTech), A. Charrier (CINAM, Marseille), J.P. Pereira Ramos, B. Laik (ICMPE, Thiais), L. Guin (LMS-X), SAFT, Renault.
Techniques utilisées : spectroscopies infrarouge et Raman, microscopie à force atomique, ToF-SIMS, mesures électrochimiques, microscopie optique.
Principales publications :
"ToF-SIMS Li depth profiling of pure and methylated amorphous silicon electrodes after their partial lithiation", Yue Feng, Bon Min Koo, Antoine Seyeux, Jolanta Światowska, Catherine Henry de Villeneuve, Michel Rosso, François Ozanam, ACS Appl. Mater. Interfaces 14 (2022) 35716-35725
https://doi.org/10.1021/acsami.2c08203
"Controlling homogeneity of the first lithiation in methylated amorphous silicon", Yue Feng, Abdelhak Cheriet, Marianthi Panagopoulou, Catherine Henry-de-Villeneuve, Michel Rosso, François Ozanam, Electrochimica Acta 403 (2022) 139655.
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139655
"Lithiation of pure and methylated amorphous silicon : monitoring by operando optical microscopy and ex situ atomic force microscopy", Yue Feng, Thuy-Doan-Trang Ngo, Marianthi Panagopoulou, Abdelhak Cheriet, Bon Min Koo, Catherine Henry-de-Villeneuve, Michel Rosso, François Ozanam, Electrochim. Acta 302 (2019) 249-258.
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.02.016
"Lithiation mechanism of methylated amorphous silicon unveiled by operando ATR-FTIR spectroscopy", Bon Min Koo, Daniel Alves Dalla Corte, Jean-Noël Chazalviel, Fouad Maroun, Michel Rosso, François Ozanam, Adv. Energy Mater. 8 (2018) 1702568
https://doi.org/10.1002/aenm.201702568
"Methylated silicon : A longer cycle-life material for Li-ion batteries", L. Touahir, A. Cheriet, D. A. Dalla Corte, J.-N. Chazalviel, C. Henry de Villeneuve, F. Ozanam, I. Solomon, A. Keffous, N. Gabouze, M. Rosso, Journal of Power Sources 240 (2013) 551-557.
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.04.089