Les fibres optiques plongent au cœur des cellules pour mieux suivre l’état de santé des batteries lithium-ion (Li-Ion) et sodium-ion (Na-Ion) et améliorer leurs performances. Une équipe internationale de chercheurs impliquant le Collège de France, le CNRS, la Hong Kong Polytechnic University, le MIT et la Dalhousie University, a montré comment des capteurs à réseaux de Bragg à fibre optique insérés dans les cellules permettent de suivre en temps réel les événements thermiques et chimiques au sein d'une batterie avec un niveau de précision inédit. Ces travaux ont été détaillés dans un article de la revue Nature Energy publié le 24 août.
Mettre les batteries sous surveillance
Avec l’évolution croissante du besoin de stockage énergétique, notamment pour des applications exigeantes comme l’automobile, l’aérospatial ou encore l’automobile, la sécurité et la durée de vie des batteries est devenue un enjeu majeur. Des systèmes de surveillance thermique et chimique doivent être mis en place. Actuellement, ces outils de mesures reposent sur des capteurs de températures situés à l’extérieur des cellules, au niveau du module (ensemble de cellules), et alertent en cas de surchauffe et d’emballement thermique. Toutefois, selon les chercheurs, ce système de gestion de batteries (Battery Management system - BMS) ne permet pas de connaître précisément les causes d’une surchauffe, ce qui incite les concepteurs à inclure de larges marges de sécurité, pénalisant les performances.
L'optique à la rescousse
Afin d’avoir un aperçu plus précis du fonctionnement interne des cellules Li-ion de type 18650 (modèle couramment utilisé, d’une taille un peu plus grande qu’une pile AA), les chercheurs ont utilisé des capteurs à réseaux de Bragg, soit des réseaux de diffraction réalisés au cœur de la fibre optique, qu'ils ont insérés dans des cellules Li-ion. L'analyse de la lumière réfléchie par les réseaux de Bragg donne des informations sur la température et la pression au sein de la cellule.
Une observation physique et chimique
De plus, les scientifiques ont pu corréler ces informations physiques aux événements chimiques se déroulant au sein de la cellule. Ces données « permettent de mieux comprendre les réactions parasites nuisant au fonctionnement de la batterie ainsi que les dynamiques de formation et de croissance des interfaces électrodes / électrolytes », explique-t-ils dans un communiqué.
Ce nouveau système de mesure pourrait-être étendu à d'autres systèmes de stockage d'énergie, comme les piles à combustible et les supercondensateurs.
