Miniaturisation de batteries: vers la taille d'un grain de poussière ?

Un groupe de recherche allemand de l'Université technique (TU) de Chemnitz et de l'Institut Leibniz de recherche sur les corps solides et les matériaux (IFW) de Dresde développe des réservoirs énergétiques ultracompacts. "Si l'on découpe une batterie habituelle, on peut constater qu'elle est constituée de couches enroulées", rappelle Oliver G. Schmidt, titulaire de la chaire de systèmes de matériaux en nanoélectronique à la TU de Chemnitz: "Ainsi jusqu'à présent la taille des batteries ne pouvait être réduite que de façon limitée, car l'enroulement des couches ne fonctionne qu'à l'échelle macroscopique". Son groupe de recherche a développé une solution pour passer outre cette limitation dans la miniaturisation.


Un système de couches à haute tension est constitué par un revêtement par alternance de couches minces de matériaux métalliques et diélectriques sur une sous-couche plate. Cette tension mécanique peut être libérée grâce au décollement ciblé des couches fines, afin que les couches s'enroulent d'elles-mêmes en un réservoir énergétique ultra-compact. "Ainsi des unités énergétiques extrêmement compactes sont fabriquées, avec une énorme capacité de stockage d'énergie par unité de surface sur une puce, soit plus de deux fois celle des technologies habituelles", estime M. Schmidt avant de compléter: "Enfin et surtout, le processus de fabrication est extrêmement facile et fonctionne presque de lui-même."

"Nous employons pour cela des matériaux hybrides", explique le Dr. Carlos Cesar Bof Bufon, du groupe de recherche de Chemnitz. Ainsi divers matériaux peuvent être utilisés, du métal ou des isolateurs, mais aussi des substances organiques comme des polymères ou des couches moléculaires ultrafines. M. Bof Bufon explique que "le rendement est ainsi considérablement amélioré. Les réservoirs d'énergie peuvent être employés pour des applications exigeant à court terme une puissance élevée, comme les mini-moteurs électriques". Les mini-batteries peuvent aussi être utilisées pour l'approvisionnement énergétique local de puces au silicium ou pour le fonctionnement de systèmes autonomes, comme les petits robots.

Les visionnaires envisagent même l'intégration de ces mini-batteries dans la poussière intelligente (ou smart dust): il s'agit de minuscules systèmes de capteurs, utilisés par exemple pour mesurer la température dans les cyclones. Ils pourraient aussi suivre les oiseaux migrateurs sur le chemin du sud afin de suivre les évolutions de la température au cours du voyage. "Lorsque le système de capteur n'est pas plus gros qu'un grain de poussière, l'approvisionnement énergétique ne peut pas par conséquent être élevé", ajoute M. Schmidt.

Le groupe de recherche de Chemnitz travaille dans les locaux des bâtiments des start-up sur le campus des systèmes intelligents aux environs de la TU. "Nous nous intégrons très bien dans cet environnement, car sur ce campus de nombreuses entreprises s'intéressent aux technologies de nanosystèmes, entreprises qui se penchent sur la question de l'approvisionnement énergétique et sont susceptibles de mettre en application nos développements", affirme M. Schmidt. Selon les estimations des experts, il reste environ 5 ans jusqu'à la maturité des applications. Les idées pour un développement ultérieur ne manquent pas: par exemple, un fil pourrait être relié directement au réservoir énergétique en tant que bobine, afin de créer un circuit oscillant miniaturisé.