Doper des nanofeuillets de graphène pour des supercondensateurs sur puce
Publié par Redbran le 31/01/2018 à 12:00
Source: CEA

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Trois équipes de l'Inac ont fabriqué et caractérisé des nanofeuillets de graphène fortement dopé à l'azote et les ont testés comme électrodes de supercondensateur. Les performances obtenues se comparent avantageusement à l'état de l'art des électrodes carbonées. Il reste à optimiser cette technologie prometteuse pour les applications sur puce.

Une technique de dépôt chimique en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) vapeur () utilisant une résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se produisent à la fréquence propre du système. Si le système...) électronique cyclotronique a permis de faire croître des feuillets de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) perpendiculairement à un substrat de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Les feuillets ont ensuite été dopés par plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne s'effondrent en trou...) microonde d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de l'atmosphère...), jusqu'à des valeurs record de 17% en masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse relative d'un atome de cet isotope ; la comparaison...). La morphologie des feuillets a pu être observée en microscopie électronique à balayage (La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des interactions...) et en transmission. Leur structure a été contrôlée en spectrométries de photoélectrons X et Raman. Des mesures électrochimiques ont enfin été effectuées dans des configurations à deux ou trois électrodes, sur la plateforme Hybriden de l'Inac, dont l'un des bancs de caractérisation est consacré au stockage électrochimique.

Le dopage modifie les propriétés morphologiques (défauts de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...), porosité, etc.) et structurales (conductivité électrique), améliorant significativement les performances de stockage électrique du graphène dopé, par rapport au matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) non dopé.

Encouragés par ces résultats, les chercheurs ont développé un supercondensateur (Un supercondensateur est un condensateur de technique particulière permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie intermédiaire entre les...) de type pile bouton, utilisant un électrolyte à base de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement...) ionique avec des nanofeuillets de graphène dopé. Celui-ci a pu alimenter une LED pendant 7 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) après une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) de moins de 20 secondes.

Références publication:
​Plasma Heavily Nitrogen-Doped Vertically Oriented Graphene Nanosheets (N-VOGNs) for High Volumetric performance On-Chip Supercapacitors in Ionic Liquid, Current Smart (Smart est une société allemande et une marque du groupe DaimlerChrysler créée en 1996 avec l'aide de Swatch Group. Elle construit des voitures de la gamme petite citadine. Les Smarts sont produites dans l'usine...) Materials

Pour plus d'information voir:
Site de l'Inac
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