Stockage miniaturisé de l’énergie : des chercheurs français présentent leur concept
Les micro-supercondensateurs stockent l’énergie électrique et présentent des puissances et durées de vie plus élevées que les micro-batteries.
Depuis 5 ans, et face à l’intérêt d’inclure ces micro-dispositifs de stockage de l’énergie directement sur des puces électroniques, la bataille fait rage en laboratoire. De nombreuses voies de production ont été étudiées comme les "wet processing routes", mais celles-ci ne sont pas complètement compatibles avec les procédés utilisés dans les usines de semi-conducteurs, ce qui bloque leur utilisation. D’autres voies ont d’autres contraintes comme la très médiatisée gravure par laser du groupe de Kaner qui a de bonnes performances en puissance mais pas en énergie. Une équipe de chercheurs français associée à un chercheur russo-américain propose sa solution dans un article publié le 12 février 2016 dans la revue Science. Le dispositif de stockage développé est un supercondensateur miniature.
Les laboratoires impliqués dans cette aventure rassemblent le Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux CIRIMAT, (CNRS/Université de Toulouse III – Paul Sabatier/INP Toulouse) et le Laboratoire de physique et chimie de nano-objets LPCNO, (CNRS/INSA Toulouse/Université Toulouse III – 3 Paul Sabatier), l’Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie IEMN (CNRS/Université de Lille/Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis/ISEN Lille/Ecole Centrale de Lille) et le Laboratoire réactivité et chimie des solides LRCS, (CNRS/Université de Picardie Jules Verne à Amiens). Cette étude a été réalisée dans le cadre du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E) du CNRS.
Le concept est à la fois compatible avec les procédés de production actuels et permet une très bonne adhésion sur le substrat de silicium (puce) grâce à une structure originale, une couche "support" de carbure de titane (TiC) présente entre le carbure (supercondensateur) et la puce de silicium. Le groupe a également observé une très bonne uniformité structurale de ses supercondensateurs. Au final, ils obtiennent le meilleur rapport énergie surfacique/puissance surfacique du moment.
Mieux, si la réaction de synthèse est poussée à son terme, toute la couche "support" de TiC est transformée en supercondensateur qui se décolle alors du substrat de silicium. Ce film autosupporté, mécaniquement stable et micrométrique, est potentiellement utilisable pour des applications flexibles ou portables (wearable).
Au-delà de l’application pour le stockage de l’énergie, ces matériaux offrent des perspectives pour la mise au point de revêtements élastiques à faible coefficient de frottement ou encore pour la réalisation de membranes pour la filtration de gaz.
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