Développer de nouveaux types de batteries de manière durable

En quête constante d’alternatives durables et efficaces aux technologies existantes, la Professeure Yan Lu se distingue par ses recherches innovantes sur les batteries. Cette scientifique de renom travaille en effet à transformer notre approche de l’énergie.

Les batteries lithium-ion conventionnelles, bien qu’efficaces, sont coûteuses en raison de leur besoin en métaux tels que le nickel et le cobalt, en plus du lithium. La Professeure Yan Lu, chimiste de renom, travaille sur des alternatives plus durables, comme les batteries lithium-soufre et celles basées sur des matériaux hybrides.

La Professeure Lu, qui a rejoint l’Université Friedrich Schiller de Jena cette année, combine divers domaines d’expertise pour rendre l’énergie disponible électro-chimiquement. Elle mêle chimie organique et inorganique et utilise également des méthodes de recherche issues de la biochimie.

En plus de son poste à l’Université de Jena, la Professeure Lu est également co-directrice de l’Institut Helmholtz pour les Polymères dans les Applications Énergétiques de Jena (HIPOLE Jena), fondé en 2023 par l’université et l’HZB. Elle continue également de diriger l’Institut pour le Stockage d’Énergie Électrochimique à l’HZB.

Développer de nouveaux types de batteries

« Mon objectif est de développer de nouveaux types de batteries pouvant être utilisés dans des applications réelles au-delà de la recherche fondamentale« , explique le professeur. « Pour ce faire, je veux comprendre exactement ce qui arrive aux matériaux de la batterie pendant la charge et la décharge. Cependant, de nombreuses méthodes de mesure conventionnelles issues de la recherche sur les matériaux ne peuvent pas être utilisées ici, ou seulement de manière limitée, en particulier lorsque la batterie est en cours de fonctionnement« , explique M. Yan Lu.

« L’électricité est en fin de compte le mouvement directionnel des électrons, comme nous l’avons appris en cours de physique« , explique la chercheuse. « Ainsi, lorsqu’une batterie est chargée ou émet du courant, les électrons se déplacent entre la cathode et l’anode. Cependant, il est difficile d’observer les changements chimiques et structurels dans les batteries au cours de ce processus in situ/operando. »

Les méthodes ex situ habituelles d’analyse des matériaux peuvent à leur tour modifier la nature du matériau ou de la surface au cours de la manipulation de l’échantillon.

Méthodes d’examen à la pointe de la technologie

La Professeure Lu et son équipe utilisent le synchrotron BESSY II de l’Helmholtz-Zentrum Berlin, qui est en mesure de générer des rayons X doux.

« Je suis donc ravie que mon équipe et moi-même puissions utiliser le synchrotron BESSY II du Helmholtz-Zentrum Berlin, qui permet notamment de générer des rayons X doux« , explique la chercheuse. « Toutefois, nous sommes également ouverts à d’autres méthodes peu invasives pour étudier les piles pendant leur fonctionnement« , ajoute-t-elle, en faisant référence à la cryo-microscopie électronique, qui est également utilisée en biologie.

La Professeure Lu voit un avantage clair pour Jena en termes de localisation. L’industrie locale est très intéressée par les applications potentielles de ses recherches, par exemple dans les matériaux de batterie. En général, la Thuringe est très attractive comme centre pour le développement de nouvelles technologies de batterie.

La chimiste est particulièrement impatiente d’enseigner, ce qu’elle commencera à faire à Iéna au semestre d’été 2024. « La recherche sur les batteries progresse incroyablement vite« , explique Yan Lu. « C’est pourquoi il est important pour moi de transmettre les dernières découvertes scientifiques aux étudiants dans mes cours de chimie technique et environnementale. »

Elle souhaite également donner aux étudiants une expérience concrète de la recherche dans le cadre de cours pratiques, par exemple en leur permettant de produire et de tester eux-mêmes des matériaux pour batteries dans le cadre du programme de master.

En synthèse

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une batterie lithium-soufre ?

Une batterie lithium-soufre est une type de batterie rechargeable qui utilise du lithium et du soufre comme matériaux pour ses électrodes.

Qu’est-ce qu’un matériau hybride ?

Un matériau hybride est un matériau qui combine des éléments organiques et inorganiques.

Qu’est-ce que le synchrotron BESSY II ?

Le synchrotron BESSY II est un type de source de lumière qui produit des rayons X de haute intensité.

Qu’est-ce que la cryo-microscopie électronique ?

La cryo-microscopie électronique est une technique de microscopie qui utilise des températures extrêmement basses pour préserver les échantillons.

Qu’est-ce que l’Institut Helmholtz ?

L’Institut Helmholtz est un réseau de centres de recherche allemands travaillant dans le domaine des sciences naturelles.

Références

Université Friedrich Schiller de Jena, Professeure Yan Lu, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut Helmholtz pour les Polymères dans les Applications Énergétiques de Jena, Synchrotron BESSY II.