Les batteries tout-solide apportent une meilleure sécurité tout en garantissant une durée de vie plus élevée que les batteries lithium-ion conventionnelle. Cependant, les interfaces solide-solide restent mal comprises. En combinant l'expertise du CEA-Irig en imagerie synchrotron, le savoir-faire du CEA-Leti en micro-fabrication sur silicium (technologie permettant de fabriquer des microbatteries intégrées directement sur des puces) et les capacités de l'ESRF, une plateforme unique a été créée. Elle permet d'imager simultanément la structure de tous les composants d'une microbatterie en fonctionnement avec une résolution micrométrique, dépassant les limites des méthodes de caractérisation classiques.
Pour la première fois, les scientifiques ont pu suivre l'évolution structurale complète d'une microbatterie tout au long d'un cycle complet de charge-décharge. Cette prouesse a été rendue possible grâce à l'imagerie 2D en microdiffraction de rayons X.
Ils ont notamment montré que la limite liée à la décharge des électrodes en oxyde de lithium-cobalt (LiCoO₂) est liée à la formation temporaire d'une fine couche isolante à son interface. Cette couche disparaît au cycle suivant, révélant un phénomène réversible jusqu'alors difficile à mettre en évidence.
Cette collaboration a donné naissance à une méthodologie unique dédiée à l'étude operando et à l'évaluation à haut débit de matériaux pour les batteries tout solide. Les premiers travaux ont démontré la capacité de la plateforme à observer le fonctionnement de microbatteries tout solide en temps réel et à analyser les mécanismes qui limitent leurs performances.
Les prochaines étapes consisteront à intégrer une imagerie 3D en temps réel et des analyses à haut débit afin d'accélérer l'évaluation de nouveaux matériaux et de mieux comprendre les phénomènes de dégradation. À terme, cette plateforme vise à accélérer le développement et le transfert industriel des microbatteries tout solide de nouvelle génération, tout en renforçant les collaborations entre recherche et industrie.