Contacts : François Ozanam
Participants : François Ozanam, Michel Rosso, Catherine Henry de Villeneuve
Proposition de stage :
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.
Depuis 2022, en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Solides de l’Ecole Polytechnique, nous étudions le couplage entre contrainte mécanique et processus de lithiation/délithiation du silicium.
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).
Thèses récentes :
Ngoc Tram Phung (2023), Methylated amorphous silicon for Li-ion batteries
Yue Feng (2021), Lithiation of Methylated Amorphous Silicon
Collaborations : IRCP (Chimie ParisTech), ICMPE (Thiais), LMS (Ecole Polytechnique).
Financements : E4C, DGA, chaire Total-DTER, chaire EDF-Développement durable.
Publications récentes :
– Infrared Operando study of the SEI formed on methylated amorphous Si anodes, Ngoc Tram Phung, Yue Feng, Théodore M. Poupardin, Bon Min Koo, Catherine Henry de Villeneuve, Michel Rosso, François Ozanam, ACS Appl. Energy Mater. 8 (2025) 4299–4310.
– 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.
– 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
– In-situ Interferometry Study of ionic mass transfer phenomenon during the electrodeposition and dissolution of Li metal in solvate ionic liquids, Akinori Miki, Kei Nishikawa, Go Kamesui, Hisayoshi Matsushima, Mikito Ueda, Michel Rosso, J. Mater. Chem. A 9, (2021) 15095-15095
– 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
– 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
– Spectroscopic insight into Li-ion batteries during operation : an alternative infrared approach, Daniel Alves Dalla Corte, Georges Caillon, Christian Jordy, Jean-Noël Chazalviel, Michel Rosso, François Ozanam, Adv. Energy Mater., 6 (2016) 1501768
– Molecular grafting on silicon anodes : artificial Solid-Electrolyte Interphase and surface stabilization, Daniel Alves Dalla Corte, Anne Chantal Gouget-Laemmel, Khalid Lahlil, Georges Caillon, Christian Jordy, Jean-Noël Chazalviel, Thierry Gacoin, Michel Rosso, François Ozanam, Electrochim. Acta 201 (2016) 70-77
– Silicon as anode material for Li-ion batteries, François Ozanam, Michel Rosso, Materials Science and Engineering B 213 (2016) 2–11