La popularisation de la technologie à ions Li, la nécessité de donner une seconde vie aux accumulateurs et l’arrivée fulgurante des objets connectés font que la batterie devient un élément clé de notre société, soit l’équivalent du cœur pour notre corps humain. Par analogie avec la médecine, nous devons développer des solutions techniques pour connaitre l’état de santé (SOH en anglais) de la batterie à tout instant afin de pouvoir intervenir en cas de défaillances. Une solution, qui sera présentée, va consister à l’injection de senseurs/capteurs miniaturisés, notamment optiques, capables d’émettre/recevoir des informations au sein de la batterie afin qu’elle ne soit plus une boite noire et que nous puissions connaitre à tout moment son SOH. Ce cours rappellera la configuration des fibres optiques monomodes et multimodes et leur fonctionnement en tant que guide d’ondes. Par la suite, le principe de fonctionnement des capteurs optiques à réseau de Bragg (FBGs) sera introduit et leur vaste domaine d’applications (aéronautique, transport ferroviaire, matériaux composites, génie civil, médecine) sera décrit. Nous verrons également comment ces capteurs peuvent être intégré de façon non-intrusive à une batterie.
Il sera montré que ces capteurs optiques permettent d’obtenir une imagerie en température de la cellule et de détecter des variations de pression au sein de l’accumulateur ainsi que les contraintes associées à l’intercalation du Li au sein des matériaux d’électrodes. De plus, ils permettent de suivre la nucléation et croissance de l’interface électrode-électrolyte solide (SEI) lors de sa formation mais aussi son évolution dynamique lors du cyclage. Par ailleurs, nous détaillerons comment, via l’association de plusieurs capteurs de Bragg, nous pouvons avoir accès à la chaleur générée par la batterie sans recourir à la calorimétrie isotherme conventionnelle qui fait abstraction de la chaleur spécifique de la batterie. La possibilité d’avoir accès à cette chaleur permet une paramétrisation complète du modèle thermique. Ces résultats sont d’une grande importance pratiques car ils offrent une solution évolutive pour le criblage des additifs électrolytiques, l’identification rapide de meilleurs processus de formation des cellules et la conception de systèmes de gestion thermique des batteries avec une sécurité renforcée.
