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Revealing how internal sensors in a smart battery impact the local graphite lithiation mechanism

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  • Additional Information
    • Contributors:
      Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP); SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); Université Grenoble Alpes (UGA); Département de l'électricité et de l'hydrogène pour les transports (DEHT); Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN / CEA-DES); CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); University of Tartu; Matériaux Interfaces ELectrochimie (MIEL); Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); CRG & Grands instruments (NEEL - CRG); Institut Néel (NEEL); Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM); Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA); Nanostructures et Rayons X (NRX); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); ESRF Battery Pilot Hub MA4929 “Multi-scale Multi-techniques investigations of Li-ion batteries: towards a European Battery Hub”; European Project: 957189,BIG-MAP; European Project: 955930 ,INSTABAT
    • Publication Information:
      CCSD
      Nature Publishing Group
    • Publication Date:
      2024
    • Collection:
      Université Grenoble Alpes: HAL
    • Abstract:
      International audience ; Smart batteries, i.e., equipped with internal and external sensors, are emerging as promising solutions to enhance battery state of health and optimize operating conditions. However, for accurate correlations between the evolution of the cell parameters (e.g., temperature, strain) and physicochemical degradation mechanisms, it is crucial to know the reliability of sensors. To address this question, we perform a synchrotron operando X-ray diffraction experiment to investigate the local and global impact of the presence of internal sensors on a commercial prismatic Li-ion battery cell at various (dis)charge rates. We find that, while the overall electrochemical performance is unaffected, the sensors have a substantial impact on the local graphite lithiation kinetics, especially at high (dis)charge rates. These results show the importance of controlling local deformations induced by internal sensors and tailoring the dimensions of these sensors to obtain reliable battery performance indicators and optimize smart batteries.
    • Relation:
      info:eu-repo/grantAgreement//957189/EU/Battery Interface Genome - Materials Acceleration Platform/BIG-MAP; info:eu-repo/grantAgreement//955930 /EU/Innovative physical/virtual sensor platform for battery cell/INSTABAT
    • Accession Number:
      10.1038/s41467-024-54656-6
    • Online Access:
      https://hal.science/hal-04834709
      https://hal.science/hal-04834709v1/document
      https://hal.science/hal-04834709v1/file/s41467-024-54656-6.pdf
      https://doi.org/10.1038/s41467-024-54656-6
    • Rights:
      info:eu-repo/semantics/OpenAccess
    • Accession Number:
      edsbas.E7AE137