CEMHTI - Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation
UPR3079 CNRS

L'équipe a acquis un savoir-faire unique dans le domaine de la RMN à haute température, qui est par ailleurs un des rares outils capables de sonder la structure et la dynamique des milieux  fondus à hautes températures (jusqu’à 1500°C).

L’étude par RMN in situ de milieux sels fondus, corrosifs, volatiles et hygroscopiques est réalisée en creusets étanches et inertes, chauffés par laser CO₂. Cette instrumentation est unique à l’échelle internationale et nous permet de décrire la structure des bains fondus en identifiant les espèces en présence formées selon l’influence de différents paramètres environnementaux ou en mesurant le coefficient de diffusion des espèces mobiles.

Nos résultats sont confrontés aux données expérimentales obtenues par électrochimie ou par EXAFS in situ. Les études de milieux à haute température par RMN sont aujourd’hui efficacement complétées par la dynamique moléculaire et par le calcul ab initio de paramètres RMN permettant d’interpréter les variations de déplacements chimiques ou de coefficients de diffusion observées lors de modifications de conditions expérimentales, ce qui est unique aujourd’hui dans le monde.

Applications:

électrolyse de l’aluminium, fluorures d’intérêt nucléaire (pour le retraitement des déchets par voie pyrochimique, en tant que fluides caloporteurs ou bien dans le cadre d’un réacteur à sels fondus, un des concepts proposés pour les réacteurs de Génération IV, électrolytes solides pour batteries ou SOFC.

Matériaux pour le stockage de l'énergie

L'équipe s'intéresse à la caractérisation de matériaux de batteries et supercondensateurs (ordre/désordre, défauts, mobilité ionique...) et à l'étude des mécanismes de charge et décharge par RMN in situ & operando. La RMN apporte une information complémentaire des autres spectroscopies ou techniques de diffraction sur l'environnement et la mobilité des atomes porteurs de spins.

L'utilisation de gradients de champs pulsés permet de mesurer la diffusion des molécules des électrolytes dans des électrodes modèles ou de localiser le signal émis par une partie de l'électrode en condition operando avec une résolution de 100 micromètres dans les batteries.

Imagerie spectroscopique du 7Li dans une batterie LCO-LTO