Témoignage
Mon sujet de recherche porte sur la compréhension des mécanismes réactionnels au sein des piles thermiques. L'objectif est d'identifier les processus à l'origine des pertes de capacité́ durant le fonctionnement et d’évaluer leurs conséquences thermiques (amélioration de la gestion thermique de la pile).
Ce générateur électrochimique primaire reste inerte tant qu’il n’est pas activé (pas de risque d’électrocution, pas d’autodécharge pendant des années, aucune maintenance nécessaire). Une fois en fonctionnement, il délivre des densités de puissance particulièrement élevées, adaptées aux exigences de l'Aérospatiale et de la Défense. ASB Aerospatiale Batteries est aujourd'hui l'un des leaders mondiaux dans ce domaine.
L’empilement électrochimique comprend des éléments actifs (traditionnellement des négatives à base de Lithium, des positives à base de sulfures métalliques), un électrolyte à base de sels inorganiques, solides et non conducteurs ioniques à température ambiante, et des éléments pyrotechniques. À l’activation, ces derniers fournissent à l’empilement la chaleur nécessaire pour fondre les sels. Son fonctionnement à haute température garantit une forte conductivité́ ionique (jusqu’à 3 fois supérieure à celle des électrolytes courants) et une augmentation de la cinétique des réactions électrochimiques. Les piles thermiques peuvent ainsi délivrer de fortes puissances électriques.
Ce système est composé de multiples matériaux électrochimiques très réactifs, particulièrement sensibles à l'humidité́ et à l'air. Confinée dans un boitier de protection, la pile est robuste et supporte des conditions sévères pouvant impliquer des chocs mécaniques, de fortes accélérations, des rotations rapides et des plages de températures entendues.
ASB souhaitait compléter ses moyens et méthodologies industrielles par une approche académique appuyée sur une instrumentation capable de caractériser les processus physiques et chimiques au cœur de la cellule électrochimique en fonctionnement. Elle a trouvé́ au CEMHTI un partenaire apportant les compétences scientifiques et des techniques prometteuses dans le domaine des hautes températures, des sels fondus et des batteries. La première collaboration s’est concrétisée par le montage de cette thèse.
ASB a développé́ un savoir-faire dans la caractérisation des systèmes électrochimiques en température. Elle fournit entre autres l’accès à des équipements spéciaux dédiés à la fabrication et à l'étude des piles thermiques (banc de tests de décharge de cellule en atmosphère représentative de la pile, ...).
J'utilise une approche multitechniques me permettant d'observer le fonctionnement d'une cellule électrochimique à différentes échelles. Les spécialistes du CEMHTI me forment aux méthodologies d’utilisation d’équipements de pointe : la diffraction des rayons X, l'imagerie électronique ou encore la RMN sont tout autant de techniques perfectionnées par les chercheurs du laboratoire.
Ces outils performants, permettant la caractérisation ante et post-mortem ainsi que l’observation in situ de l’évolution de nos systèmes à haute température et au cours de la décharge, m’alimentent en données riches d’enseignement.
En conclusion, la pile thermique est un parfait exemple du système multimatériaux évoluant en conditions extrêmes, représentant un véritable défi technique et scientifique.
