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

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Structure et Dynamique : Matériaux pour l'Energie et Sels Fondus
Structure and Dynamics : Materials for Energy and Molten Salts

Responsable : Michaël Deschamps / List of Publications...

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2021 F.Šimko, A.Rakhmatullin, M.Korenko, C.Bessada
'Structural correlations and chemistry of the Na3AlF6 − SiO2 melt as an electrolyte for the solar grade silicon (SOG − Si) Electrowinning'
J. Mol. Liq. 328 115453 (2021) doi:10.1016/j.molliq.2021.115453


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



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ACL

 
V.Chaudoy, F.Pierre, A.Ghosh, M.Deschamps, F.Tran Van, F.Ghamouss
"Rechargeable thin film flexible lithium microbattery using a quasi-solid-state polymer electrolyte"
Batteries And Supercaps in press
ACL

doi  
Charles-Emmanuel Dutoit*, Mingxue Tang, Didier Gourier, Jean-Marie Tarascon, Hervé Vezin*, Elodie Salager
"Monitoring metallic sub-micrometric lithium structures in Li-ion batteries by in situ electron paramagnetic resonance correlated spectroscopy and imaging"
Nature Communications 12 1410 2021

ACL

doi  
A.Rakhmatullin, M.S.Molokeev, G.King, I.B.Polovov, K.V.Maksimtsev, E.Chesneau, E.Suard, R.Bakirov, F.Šimko, C.Bessada, M.Allix
"Polymorphs of Rb3ScF6: X-ray and neutron diffraction, solid-state NMR, and DFT calculations study"
Inorganic Chemistry 60 10000 2021

OS

 
M.Tang, R.Fu, M.Deschamps, K.Romanenko, A.Jerschow
"The Methodology of Electrochemical In situ NMR and MRI"
NMR and MRI of Electrochemical Energy Storage Materials and Devices 2 71-105 2021
OS

 
M.Tang, M.Deschamps
"In situ NMR Techniques for Li-ion Batteries"
NMR and MRI of Electrochemical Energy Storage Materials and Devices 16 483-512 2021
ACL

doi  
C.Gonçalves, R.Mereau, V.Nazabal, C.Boussard-Pledel, C.Roiland, M.Deschamps, B.Bureau, M.Dussauze
"Study of the Ge20Te80-xSex glassy structures by combining solid state NMR, vibrational spectroscopies and DFT modelling"
Journal of Solid State Chemistry 297 122062 2021

ACL

doi  
J.Bidal, M.Becuwe, C.Hadad, B.Fleutot, C.Davoisne, M.Deschamps, B.Porcheron, A.Nguyen Van Nhien
"Hybrid electrolytes based on optimized Ionic liquid quantity tethered on ZrO2 Nanoparticles for Solid-state Lithium-ion conduction"
ACS Applied Materials & Interfaces 1 2021

ACL

doi  
Q.Wang, S.Mariyappan, G.Rousse, A.V.Morozov, B.Porcheron, A.Iadecola, R.Dedryvère, J.Wu, W.Yang, L.Zhang, M.Chakir, M.Deschamps, M.L.Doublet, A.M.Abakumov, J.M.Tarascon
"Unlocking anionic redox activity in O3-type sodium 3d layered oxides via Li substitution"
Nature Materials 20 353–361 2021

ACL

doi HAL 
M.Jacquemin, P.Simon, A.Canizares, L.Hennet, C.Bessada, D.Skrelic, E.Gouillart, and E.Burov
"High sensitivity Raman imaging of the surface of casted glass plates"
Journal of Raman Spectroscopy xx 1-7 2021

ACL

doi  
F.Šimko, A.Rakhmatullin, M.Korenko, C.Bessada
"Structural correlations and chemistry of the Na3AlF6 − SiO2 melt as an electrolyte for the solar grade silicon (SOG − Si) Electrowinning"
Journal of Molecular Liquids 328 115453 2021

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