Avec le développement rapide des technologies de batteries rechargeables, comme les batteries lithium-ion (LIBs), la compréhension des mécanismes internes de charge et de décharge est essentielle pour améliorer leur efficacité, leur durée de vie et leur sécurité. La spectroscopie ultrarapide, avec sa résolution temporelle à l’échelle de la femtoseconde, permet d’explorer ces processus rapides en temps réel, offrant des perspectives uniques pour les études in-operando des matériaux utilisés pour les batteries.

Contrairement aux techniques traditionnelles, telles que la spectroscopie Raman in-situ ou la diffraction des rayons X (XRD), qui identifient les changements structurels dans les matériaux des batteries, la spectroscopie ultrarapide capte les dynamiques ultrarapides des mouvements d’électrons et d’ions. Elle est particulièrement utile pour étudier les mécanismes de transfert de charge, les cinétiques de transition de phase, et les phénomènes d’interface, qui se déroulent sur des échelles de temps allant de la milliseconde à la femtoseconde.

Par exemple, pour les anodes en dioxyde de titane dopé au phosphore (TiO₂), la spectroscopie ultrarapide peut fournir des informations cruciales sur les effets de dopage sur la dynamique électrochimique. Elle permet de mieux comprendre comment les atomes de phosphore modifient la structure du TiO₂ et influencent les processus d’insertion et d’extraction des ions lithium.

En combinant ces techniques de spectroscopie ultrarapide avec des méthodes in-situ traditionnelles, il devient possible de développer des matériaux de batterie plus performants, offrant des densités d’énergie plus élevées, des taux de charge plus rapides et une plus grande durabilité, répondant ainsi aux besoins croissants en solutions de stockage d’énergie efficaces et sûres.