REGALES
REal-Time Gas Analysis for Longevity, Efficiency & Stability in Electrochemical Energy Systems
La décarbonation des systèmes énergétiques constitue une priorité mondiale qui nécessite le développement de technologies électrochimiques à haute performance, durables et intrinsèquement sûres. Dans une large gamme de dispositifs, notamment les batteries lithium-ion et sodium-ion, les électrolyseurs d’eau et les cellules de réduction du CO₂/N₂, l’évolution d’espèces gazeuses constitue un indicateur clé des réactions interfaciales en cours, qui gouvernent l’efficacité, la stabilité et la dégradation des systèmes.
Le dégagement gazeux peut être associé à des voies électrochimiques recherchées, telles que les réactions d’évolution de l’hydrogène ou de l’oxygène, mais il peut également révéler des réactions secondaires indésirables, la décomposition parasite de l’électrolyte ou l’apparition de mécanismes de défaillance. Malgré sa forte valeur diagnostique, la détection et la quantification en temps réel des gaz produits en cours de fonctionnement demeurent des défis techniques majeurs.
Le projet REGALES propose de développer et de mettre en œuvre une plateforme avancée de spectrométrie de masse électrochimique operando (Operando Electrochemical Mass Spectrometry, OEMS), capable de détecter et de quantifier des espèces gazeuses à l’état de traces, avec une sensibilité pouvant atteindre le niveau de la partie par million (ppm), voire de la partie par milliard (ppb). Ce système permettra un suivi continu et résolu dans le temps des processus interfacials, rendant possible une corrélation directe entre l’évolution des gaz, les performances électrochimiques et les mécanismes de dégradation. Grâce à cette approche, REGALES vise à mettre en évidence les mécanismes fondamentaux, à limiter la dégradation et à prolonger la durée de vie en fonctionnement ainsi que la sécurité des dispositifs de stockage et de conversion de l’énergie de nouvelle génération.
Une innovation majeure de ce projet réside dans le développement d’un système OEMS pouvant être directement connecté à des dispositifs réels, notamment à différents formats de batteries. Nous ambitionnons également de faire évoluer cette technologie vers une plateforme OEMS plus polyvalente et doublement operando, combinant l’analyse des gaz avec des méthodes de caractérisation complémentaires déjà disponibles dans nos laboratoires (voir Figure), telles que les techniques à fibre optique — par exemple la calorimétrie optique ou la détection infrarouge (IR) pour l’analyse spectroscopique —, l’émission acoustique (AE) pour sonder les phénomènes mécaniques, ainsi que les capteurs piézoélectriques (EQCM) pour les mesures gravimétriques.
À travers REGALES, nous souhaitons mettre à la disposition de la communauté francilienne travaillant sur le stockage et la conversion de l’énergie un outil operando avancé et facile d’utilisation, permettant de mieux comprendre et d’optimiser la chimie interfaciale au sein de systèmes électrochimiques durables.
