Energie: vers l'industrialisation des micro-supercondensateurs

Publié par Adrien le 22/11/2021 à 09:00
Source: CNRS INSIS
Prisés pour leur puissance et leur durée de vie, les micro-supercondensateurs n'ont pas encore su s'imposer comme source d'énergie pour l'internet des objets (Internet of Things, IoT). Le manque d'électrolytes solides, permettant une conduction "rapide" des ions, est à l'origine de nombreux problèmes pratiques. Une équipe de l'IEMN, de l'UCCS et de l'UCLA a développé le premier micro-supercondensateur à électrolyte solide photostructuré. Chaque étape de la fabrication technologique a été réalisée avec des équipements standards de l'industrie de la microélectronique. Ces travaux nous rapprochent ainsi d'un transfert industriel des micro-supercondensateurs.


Fabrication de micro-supercondensateurs tout solide et caractérisation associée (A-D). Assemblage en série/parallèle de MSCs (E-F).© C. Choi (UCLA) et K. Robert (IEMN).

Les micro-supercondensateurs stockent l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et la délivrent avec une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) élevée. Également pourvus d'une grande durée de vie (La vie est le nom donné :), ils pourraient alimenter de nombreux objets connectés et accompagner le développement de l'IoT. L'essor industriel des micro-supercondensateurs est cependant freiné depuis vingt ans par la mise au point (Graphie) d'électrolytes solides suffisamment performants, comme on retrouve par exemple chez les micro-batteries au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.).

Les électrolytes actuellement disponibles sont soit liquides (sionique ~ 10-2 S cm-1), ce qui pose des contraintes d'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être...), soit conduisent trop lentement les ions pour fonctionner efficacement quand ils sont solides (sionique ~ 10-6 S cm-1). L'électrolyte solide doit également être structuré autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la zone active du micro-supercondensateur, et ce sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de seulement 4 mm2. Des chercheurs et chercheuses de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...) (IEMN, CNRS/Univ. Polytechnique Hauts-de-France/Univ. Lille/Centrale Lille Institut Junia), de l'Unité de catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...) et de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du solide (UCCS, CNRS/Univ. Artois/Univ. Lille/Centrale Lille Institut) et de l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont...) à Los Angeles (Los Angeles est une ville des États-Unis située au sud de la Californie, sur la côte pacifique....) (UCLA, États-Unis) ont conçu les premiers micro-supercondensateurs à électrolyte solide photostructuré, dont les procédés de fabrication sont compatibles avec une production industrielle concrète (La concrète est une pâte plus ou moins dure obtenue après extraction d’une...).

Leur électrolyte est composé d'une résine solide pleine de nanopores, dans lesquels un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) ionique pur peut circuler, mais pas s'échapper. La conductivité ionique approche celle d'un électrolyte liquide (sionique ~ 10-3 S cm-1) permettant aux micro-dispositifs de travailler à des régimes de charge/décharge élevé (t ~10 s). Cette résine est structurée par photolithographie pour qu'elle se limite aux deux électrodes du micro-supercondensateur en nitrure de vanadium (Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.). La structure interdigitée des électrodes offre une surface optimale d'échange d'ions et est encapsulée par cet électrolyte solide photostructuré. Ce système peut ensuite être aussi bien répliqué dans une configuration en série et/ou en parallèle, pour augmenter respectivement la tension (La tension est une force d'extension.) ou l'intensité du courant.

Tous les procédés utilisés dans ces travaux sont déjà disponibles dans les salles blanches des grands groupes de l'industrie de la microélectronique. L'équipe tente à présent d'atteindre une tension unitaire supérieure à un volt, ce qui représenterait un nouveau pas vers une production industrielle des micro-supercondensateurs.
Ces résultats sont publiés dans la revue JOULE.

Références:
Photopatternable hydroxide ion electrolyte for solid-state micro-supercapacitors.
C. Choi, K. Robert, G. Whang, P. Roussel, C. Lethien et B. Dunn.
Joule 5, 1-13, 2021.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.07.003
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.073 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique