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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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With the development of electronic systems and wireless technology, the issue concerning the miniaturization of energy storage devices becomes an essential issue. Nowadays, this function is provided primarily by small-scale batteries commonly known as mini or micro-batteries. However, these components are limited in power, lifetime and temperature range. The integration of low-profile, miniaturized super-capacitors could satisfy a variety of micro-power demands, and complement or replace micro-batteries. 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.
Auteur(s)
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Magali BRUNET : Chargée de recherche au LAAS-CNRS, UPR 8001, Toulouse
-
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
KEYWORDS
miniaturization | electrical energy storage | supercapacitor | micro-technologies | autonomous self-powered systems
DOI (Digital Object Identifier)
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Perspectives de recherche2. État de l’art sur les supercondensateurs intégrables
L’essentiel des recherches sur le stockage à la micro-échelle de l’énergie électrique concernait jusqu’à présent les batteries imprimées et les micro-batteries. L’apparition et l’accroissement en nombre durant la dernière décennie de publications, concernant le développement de supercondensateurs pour la micro-électronique (figure 1), révèlent le besoin d’intégrer de nouveaux micro-dispositifs de stockage de l’énergie aux caractéristiques différentes.
Tout comme les batteries sur substrats souples , les supercondensateurs en films flexibles sont réalisés par l’empilement sur de larges surfaces de fines couches d’électrodes et d’électrolyte. Ces supercondensateurs s’inscrivent dans la mouvance de l’électronique organique imprimée pour les équipements électroniques portables, légers et flexibles.
Depuis quelques années, apparaissent également des travaux sur l’intégration de micro-supercondensateurs, le terme “micro” faisant référence aux techniques de micro-fabrication utilisées pour leur fabrication, et à la résolution de leurs motifs d’électrode. Les micro-supercondensateurs ont généralement une taille d’empreinte inférieure au cm2 et une épaisseur totale de l’ordre de quelques centaines de µm. Les micro-technologies utilisées permettent leur miniaturisation et leur fabrication collective sur un substrat de type silicium, verre, ou polymère, en vue d’une intégration monolithique avec les différents composants électroniques du micro-système (transducteur, électronique de gestion, capteurs et actionneurs). La compatibilité des procédés est donc un point essentiel quant au choix de la technologie associée.
2.1 Supercondensateurs en films flexibles
2.1.1 Supercondensateurs imprimés
L’apparition de l’électronique imprimée a fait émerger un...
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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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