BATTERIES

La tomographie à rayons X offre une solution technique pour améliorer la performance des batteries

Le développement des solutions de stockage d’énergie, plus particulièrement les batteries, fait partie des domaines industriels les plus actifs depuis de nombreuses années. A l’heure actuelle, l’enjeu devient plus colossal de jour en jour, avec la croissance exponentielle de la mobilité électrique, des objets connectés et de nos moyens de communication. De nombreux projets de recherche sont en cours, portant sur différents aspects : capacité de stockage, sécurité, coût écologique et bien sûr durée de vie.

Les batteries Li-ion sont constituées d'une multitude de cellules, chacune étant capable de générer quelques volts. Chaque cellule est formée de deux électrodes qui vont échanger des ions, le lithium dans les batteries Li-ion. L'analyse à très petite échelle des composants chimiques des électrodes est donc une étape essentielle pour améliorer la performance des batteries.

Visualiser, mieux comprendre et améliorer les batteries grâce à la tomographie à rayons X

Les moyens conventionnels d'analyse des matériaux nécessitent souvent la destruction de l'échantillon et ne permettent pas de suivre l'évolution d'une batterie au cours des cycles de charge et de décharge. De plus, ces techniques ne fournissent que des informations bidimensionnelles, ce qui est inadapté à l'analyse d'un réseau poreux tridimensionnel. Afin d'améliorer les performances des batteries, la tomographie par rayons X apporte une solution technique au défi que représente l'analyse des matériaux et des réseaux poreux.

Comprendre les mécanismes de dégradation des électrodes au fil des cycles, c'est visualiser :

- Des mesures "in-situ" : produire des images pendant les cycles de charge et de décharge.

- Des résultats de rendu 3D de l'électrode à une échelle submicronique

RX Solutions : des résultats de haute qualité fournis par des systèmes de tomographie à rayons X performants

Les systèmes RX Solutions offrent une haute résolution allant jusqu'à 0,4 µm et des capacités de grandissement élevé, qui rendent visible la micro-structure interne des électrodes et la majorité des défaillances ou des défauts présents dans les batteries. La détection peut être effectuée directement dans le logiciel d'acquisition et de reconstruction X-Act fourni avec l'équipement ou grâce à un logiciel d'analyse.

Les analyses par tomographie peuvent également être réalisées avec un échantillon mis sous contrainte. On parle alors d'analyse in-situ. Ce type d'analyse offre la possibilité de comprendre les phénomènes physiques en les observant directement lors du scan par tomographie. La tomographie permet également de contrôler l'assemblage général d'une batterie et ainsi d'éviter le risque le plus fréquent et le plus redouté : le phénomène d'emballement thermique. Cet emballement peut être du à des problèmes d’assemblage, à des chocs, ou à une forte augmentation de température. La batterie peut ainsi s’embraser violemment. Le scan par tomographie à rayons X permet de se prémunir du risque et ainsi de mettre sur le marché des batteries constituées de cellules en bon état de fonctionnement, sans risque pour l'utilisateur.

Grâce à un mode laminographie avancé, il est possible de scanner et d'analyser des batteries de grandes dimensions en haute résolution. Les couches individuelles peuvent être visualisées et le placement des composants est ensuite vérifié. Par ailleurs, la tomographie 4D (on ajoute une dimension temporelle) permet de suivre l'évolution au cours du temps d'une batterie et ainsi mesurer son vieillissement. En scannant plusieurs fois la même batterie, son vieillissement peut être analysé à travers différents paramètres tels que l'épaisseur du boîtier en acier inoxydable, la disposition des feuilles de lithium, la présence de vides ou d'inclusions... L'utilisation d'un système de tomographie industriel et l'automatisation de l'ensemble des étapes, du scan au post-traitement, l'inspection à 100% des batteries est désormais possible.

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RX Solutions fournit une large gamme de systèmes de tomographie, permettant à ses clients industriels et académiques d'examiner de près les batteries Lithium-ion et de mieux préparer les questions de développement de produits et de contrôle qualité.