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RÉSUMÉ
Avec le développement des systèmes électroniques embarqués et de la technologie sans fil, se pose la question de la miniaturisation des dispositifs de stockage d'énergie. De nos jours, cette fonction est principalement assurée par des accumulateurs de petite dimension appelés communément mini ou micro-batteries. Ces dispositifs possèdent cependant une faible puissance disponible, une durée de vie limitée et un domaine de fonctionnement en température restreint. Les micro-supercondensateurs sur puce permettraient de s'affranchir de ces limitations, mais ils ne sont aujourd'hui qu'au stade de la recherche universitaire. Les défis sont essentiellement d'ordre technologique, avec différents procédés de dépôt de la matière active par des méthodes collectives compatibles avec les procédés de micro-fabrication.
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Magali BRUNET : Chargée de recherche au LAAS-CNRS, UPR 8001, Toulouse
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David PECH : Chargé de recherche au LAAS-CNRS, UPR 8001, Toulouse
INTRODUCTION
Avec le développement des systèmes électroniques embarqués et de la technologie sans fil se pose la question de la miniaturisation des dispositifs de stockage d’énergie. De nos jours, cette fonction est principalement assurée par des accumulateurs de petite dimension appelés communément mini- ou micro-batteries. Ces dispositifs possèdent cependant une faible puissance disponible, une durée de vie limitée et un domaine de fonctionnement en température restreint. Les “micro-supercondensateurs” sur puce permettraient de s'affranchir de ces limitations, mais ils ne sont aujourd’hui qu’au stade de la recherche universitaire. Les défis sont essentiellement d’ordre technologique, avec différents procédés de dépôt de la matière active par des méthodes collectives compatibles avec les procédés de micro-fabrication.
The miniaturization of portable electronic systems, as well as the emergence of wireless sensors networks, raise an essential issue : how to implement a sustainable source of energy of appropriate size ? Powering may be assured by small batteries (called mini- or micro-batteries depending). These components are however limited in power, lifetime and temperature range. The integration of low-profile, miniaturized supercapacitors could satisfy in this sense a variety of micro-power demands. However, it is still an emerging field of research. The main challenge is the development of IC-compatible technological processes for the deposition of the active material.
stockage de l’énergie électrique, supercondensateur, miniaturisation, micro-technologies, autonomie énergétique des systèmes embarqués.
electrical energy storage, supercapacitor, miniaturization, micro-technologies, autonomous self-powered systems.
Points clés
Domaine : stockage miniature de l’énergie
Degré de diffusion de la technologie : Emergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : technologies flexibles, micro-fabrication
Domaines d’application : réseaux de capteurs sans fil, électronique nomade
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : aéronautique et espace
Centres de compétence : LAAS-CNRS ; CIRIMAT, université de Toulouse
Autres acteurs dans le monde :
États-Unis : université de Stanford, MIT, université de Californie (Berkeley), université de Georgia Tech, université Internationale de Floride, NRL
Corée : KIST, POSTECH
Taiwan : université Nationale de Taiwan
Chine : université Tsinghua de Beijing, université de Xiamen
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
miniaturisation stockage de l'énergie électrique supercondensateur micro-technologies autonomie énergétique des systèmes embarqués
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion4. Applications
4.1 Marqueurs RFID actifs
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La radio-identification, plus souvent désignée par le sigle anglais RFID (Radio Frequency IDentification), est une ancienne technologie d’identification utilisant la communication par fréquence radio. Nous les trouvons dans divers secteurs de la vie courante, comme les titres de transport en commun, les passeports biométriques, les badges d’accès, le télépéage autoroutier, et bien sûr le domaine de la logistique industrielle pour la traçabilité des produits. Les marqueurs RFID dits “actifs” sont des marqueurs alimentés par une batterie interne, permettant à la puce électronique de diffuser un signal électromagnétique à destination d’un lecteur sur des distances supérieures à 10 mètres.
Grâce aux récents développements de la micro-électronique (miniaturisation des composants et réduction continue de leurs consommations électriques) et l’apparition de micro-batteries performantes, nous assistons aujourd’hui au développement d’une nouvelle génération de marqueurs RFID actifs possédant, d’une part, une autonomie énergétique accrue, et d’autre part, la possibilité d’intégrer un capteur micrométrique relevant température, humidité, pression, vibrations ou tout autre paramètre utile. Cependant, l’autonomie énergétique de ces marqueurs RFID actifs est limitée par la durée de vie de la pile ou de la batterie.
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Pour pallier cette difficulté, une solution consiste à récupérer et stocker l’énergie disponible présente dans l’environnement du marqueur. Un transducteur miniaturisé ou fabriqué par les technologies micro-systèmes, récupérant l’énergie ambiante (solaire, mécanique, thermique), associé à un micro-supercondensateur, possédant une longévité identique à celles des composants du micro-système, rendrait le marqueur totalement autonome énergétiquement. La recherche concernant les micro-systèmes de récupération de l’énergie est florissante : le lecteur est invité à se référer aux articles [RE 160] ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SRIVASTAVA (N.) - Challenges of Next-Generation Wireless Sensor Networks and its impact on Society - J. Telecomm., 1, p. 128-33 (2010).
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(2) - SIMON (P.), GOGOTSI (Y.) - Materials for electrochemical capacitors - Nature Mater., 7, p. 845-54 (2008).
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(3) - CHOI (D.), E. BLOMGREN (G.), N. KUMTA (P.) - Fast and Reversible Surface Redox Reaction in Nanocrystalline Vanadium Nitride Supercapacitors - Adv. Mater., 18, p. 1178-82 (2006).
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(4) - NAOI (K.), SIMON (P.) - New Materials and New Configurations for Advanced Electrochemical Capacitors - The Electrochem. Soc. Interface, 17, p. 34-7 (2008).
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(5) - NISHIDE (H.), OYAIZU (K.) - Towards Flexible Batteries - Science, 319, p. 737-8 (2008).
-
(6) - KAEMPGEN (M.), MA (J.), GRUNER (G.), WEE (G.), MHAISALKAR (S.G.) - Bifunctional carbon nanotube networks for supercapacitors - Appl....
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