Le microscope électronique en transmission permet aux chercheurs du domaine des technologies énergétiques d'observer les matériaux de batteries de nouvelle génération à l'échelle atomique. Mais une nouvelle étude révèle que le processus d'imagerie microscopique lui-même endommage les échantillons de batteries au lithium et au sodium de manière plus significative que prévu, ce qui souligne la nécessité d'établir un cadre standard pour l'imagerie des matériaux de batteries dans les laboratoires. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Joule.

Cette étude a été réalisée en collaboration par des chercheurs de l'Alliance de recherche sur le stockage de l'énergie, de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, du Laboratoire national d'Argonne et de Thermo Fisher Scientific.

« Les gens utilisent de nombreux outils différents pour caractériser les échantillons, et chacun a sa propre façon de mener les expériences », a déclaré Shuang Bai, première co-auteure de l'étude, chercheuse postdoctorale au Laboratoire national d'Argonne et assistante de recherche à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago. « Nous essayons de déterminer quelle est la meilleure méthode pour stocker des échantillons de métaux réactifs comme le lithium ou le sodium, les transférer d'un équipement à un autre, et les imager pour obtenir les meilleurs résultats d'analyse des données. »

L'équipe de recherche a mis en lumière des problèmes dans le fonctionnement des microscopes électroniques, indiquant que le processus de transfert des échantillons vers le microscope électronique ainsi que le microscope lui-même peuvent endommager les échantillons réactifs. Cette étude réfute également une hypothèse de longue date dans le domaine de la recherche sur les batteries, selon laquelle les échantillons de lithium pur peuvent être imagés sans être conservés à basse température.

« Grâce à notre méthode de transfert sous atmosphère inerte, nous avons prouvé qu'il est possible d'effectuer une imagerie haute résolution du lithium métallique de haute pureté à température ambiante », a déclaré Shuang Bai.

Cette nouvelle méthode de transfert, combinée aux recommandations de rapport de données présentées dans l'article, devrait permettre d'établir de meilleurs standards pour étudier les échantillons de batteries de manière sûre, efficace et avec un minimum de dommages.

« C'est une étape importante pour notre laboratoire et pour les équipes de recherche qui travaillent à développer de meilleures batteries pour un développement durable mondial », a déclaré Ying Shirley Meng, auteure correspondante de l'étude, directrice de l'Alliance de recherche sur le stockage de l'énergie et professeure à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago. « En adoptant les directives que nous avons présentées dans l'article, les laboratoires du monde entier peuvent garantir l'obtention de données cohérentes et fiables, qui éclaireront chaque étape de nos efforts de développement, accélérant ainsi la conversion des résultats scientifiques en applications pratiques. »

L'étude a également révélé que, même à basse température, si la dose du faisceau d'électrons n'est pas contrôlée correctement, les images de microscopie électronique en transmission peuvent conduire à des conclusions trompeuses. Par exemple, le fluorure de lithium peut se décomposer en lithium métallique sous l'irradiation d'un faisceau d'électrons de haute intensité, qui peut ensuite s'oxyder en réagissant avec les résidus dans la colonne du microscope. Par conséquent, il est crucial de contrôler et d'enregistrer soigneusement la dose du faisceau d'électrons appliquée à l'échantillon. Actuellement, de nombreux articles ne contiennent pas cette information, ce qui remet en question la comparabilité des études précédentes.

« Ce problème deviendra encore plus critique lorsque nous passerons aux batteries de nouvelle génération comme les batteries au sodium, car les matériaux utilisés seront plus sensibles à l'air et au faisceau d'électrons, ce qui posera un défi plus important pour une caractérisation précise », a déclaré Zhao Liu. Les nouvelles directives d'imagerie et les normes de divulgation devraient aider les recherches futures à éviter ces problèmes.

Détails de la publication : Auteurs : Shuang Bai et al., Titre : « Guidelines for Imaging and Analysis of Reactive Alkali Metal Battery Materials », Publié dans : Joule (2026). Informations sur le journal : Joule