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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
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Contexte5. Conclusion
La nécessité de produire des composants de stockage de l’énergie performants, à longue durée de vie, miniaturisés et fonctionnant parfois dans un environnement sévère, a poussé l’émergence de supercondensateurs comme alternative ou complément des mini- ou micro-batteries. Les recherches académiques sur la miniaturisation des supercondensateurs sont récentes (les dix dernières années) et les développements technologiques en sont pour l’instant au stade de démonstrateurs.
Pourtant, grâce aux avancées rapides sur les technologies de dépôt de la matière active et sur celles existant par ailleurs à propos des matériaux d’électrodes et d’électrolyte, il est envisageable de voir apparaître à assez court terme des produits commerciaux. Dans un premier temps, les supercondensateurs imprimés, papiers ou textiles pourraient proposer des solutions d’intégration hybride, rapides à mettre en œuvre. Les micro-supercondensateurs réalisés en technologies micro-systèmes, quant à eux, permettraient de pousser plus loin l’intégration monolithique et la production de systèmes sur puce multi-fonctions, intelligents et autonomes en énergie.
Les applications identifiées sont nombreuses et surtout révèlent un besoin inéluctable de communication et d’information de façon continue et pérenne dans le mode de vie des utilisateurs et dans la gestion des infrastructures.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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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).
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(6) - KAEMPGEN (M.), MA (J.), GRUNER (G.), WEE (G.), MHAISALKAR (S.G.) - Bifunctional carbon nanotube networks for supercapacitors - Appl....
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