Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les microsources de courant appelées microbatteries, restées longtemps au stade de la recherche universitaire, se sont développées quasi industriellement suite à la miniaturisation des systèmes nomades comportant des microcircuits électroniques. Une microbatterie est un générateur électrochimique rechargeable présentant deux types possibles d’architecture. Elle est composée d'un empilement d’une dizaine de couches minces sur un substrat plan (verre, céramique, silicium isolé, métal isolé, polymère revêtu d'une couche barrière à l'humidité). Chaque couche mince possède une géométrie particulière afin que l'empilement soit fonctionnel. Trois sont actives (électrode positive, électrolyte, électrode négative), les autres étant des couches protectrices, isolantes ou servant de collecteur de courant.
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Power microsources known as microbatteries, which have been the subject of long university research, were developed in a quasi-industrial way following the miniaturization of nomadic systems including electronic microcircuits. A microbattery is a rechargeable electrochemical generator presenting two possible types of architecture. It is composed by stacking of a dozen of thin layers on a planar substrate (glass, ceramic, isolated silicon, isolated metal, polymer coated with an anti-moisture barrier). Each thin layer has a specific geometry so that the staking is functional. Three are active (positive electrode, electrolyte, negative electrode) and the others are protective, insulating or current collector layers.
Auteur(s)
-
Alain LEVASSEUR : Professeur à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
-
Brigitte PECQUENARD : Maître de Conférences à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
-
Philippe VINATIER : Maître de Conférences à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
-
Raphaël SALOT : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'énergie atomique (CEA-LITEN)
-
Frédéric LE CRAS : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'énergie atomique (CEA-LITEN)
-
Michel MARTIN : Ingénieur de recherches (HEF R) - Chef de projet
INTRODUCTION
La miniaturisation des systèmes nomades comportant des microcircuits électroniques, l'augmentation très importante de leurs fonctionnalités impliquent l'adaptation des sources d'énergies qui leur sont associées, d'où le développement de microsources de courant appelées microbatteries.
Une microbatterie est définie comme étant un générateur électrochimique tout solide rechargeable ayant une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de micromètres (typiquement de 10 à 25 μm), une aire variant de quelques mm 2 à quelques cm2 et constitué par l'empilement d'une dizaine de couches minces ; trois sont « actives » ( électrode positive, électrolyte, électrode négative ), les autres étant des couches protectrices, isolantes ou servant de collecteur de courant.
L'étude des microbatteries qui a débuté dans les années 1980 est restée longtemps au stade de la recherche universitaire, mais depuis quelques années, ces systèmes sont entrés dans une phase de développement industriel, voire de pré-industrialisation.
Il ne faut pas confondre les microbatteries avec d'autres systèmes plus conventionnels constitués généralement d'électrodes composites poreuses et d'un électrolyte polymère (ou d'un électrolyte liquide), chacun de plusieurs dizaines de micromètres d'épaisseur, capables de fournir un courant et une capacité surfacique plus importants. Il s'agit alors de minibatteries.
Bien qu'impropre, nous utiliserons le terme batterie ou microbatterie qui est maintenant communément utilisé et qui dérive de l'anglicisme « microbattery ». Rigoureusement, une batterie est un assemblage d'accumulateurs connectés en série ou parallèle.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1998 par Jean-Paul TERRAT, Michel MARTIN, Alain LEVASSEUR, Georges MEUNIER, Philippe VINATIER
DOI (Digital Object Identifier)
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Microbatterie au lithium : principe et spécificités
En anglais
6. Perspectives de développement industriel
Les microbatteries apparaissent pouvoir répondre à la demande de plusieurs applications. On peut considérer 3 catégories :
-
des solutions d'énergie de secours ;
-
l'alimentation d'étiquettes RFID ;
-
l'alimentation de capteurs autonomes.
6.1 Microbatteries comme solution d'énergie de secours (back-up )
Disposer d'une source d'énergie intégrée à un produit qui permet d'alimenter quelques fonctions de base en cas de défaillance de la batterie principale ou de son retrait pour remplacement est fondamental pour nombre de composants électroniques tels les horloges à temps réel RTC ( Real Time Clock) ou les mémoires SRAM (Static Random Access Memory ).
Environ 1 milliard d'horloges à temps réels sont ainsi vendues chaque année. Ce composant requiert de très faibles courants (de l'ordre de quelques centaines de nA). Actuellement, cette fonction est assurée par la présence de petites piles boutons surdimensionnées en termes de capacité et qui présentent encore des épaisseurs trop importantes (> 1 mm) pour une intégration optimale sur les PCB ( Printed Circuit Board). Les microbatteries, de par leur configuration tout solide et les matériaux qui les composent, sont intégrables dans des boîtiers de plus faible épaisseur, peuvent supporter les contraintes thermiques accompagnant le solder-reflow et ainsi être utilisées comme tous les autres composants électroniques. La contrainte du coût pour cette application est particulièrement forte. Elle implique de disposer d'un outil de production industriel de microbatteries en grande série, capable de réaliser ces composants sur des substrats ayant une grande surface en utilisant des masques mécaniques pour définir les motifs des microbatteries.
Ce type d'applications constitue un marché de remplacement qui est un débouché possible pour les microbatteries dès lors que celles-ci seront produites en volume avec un coût compétitif.
HAUT DE PAGE6.2 Microbatteries pour alimentation d'étiquettes RFID
Différentes catégories d'étiquettes RFID (Radio Frequency IDentification ) existent : passifs, semi-actifs, actifs. Pour ces derniers systèmes, une source d'énergie embarquée est nécessaire afin de mesurer...
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Perspectives de développement industriel
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KIM (I.S.), VAUGHEY (J.T.) , AUCIELLO (O.) - * - J. Electrochem. Soc., 155, p. A448-A451 (2008).
-
(2) - KIM (J.B.), LEE (H.Y.) , LIM (S.H.), LEE (S.M.) - * - Electrochem. Comm., 5, p. 544-548 (2003).
-
(3) - NEUDECKER (B.J.), ZUHR (R.A.), BATES (J.B.) - * - J. Power Sources, 81-82, p. 27-32 (1999).
-
(4) - PHAN (V.P.), PECQUENARD (B.) , LE CRAS (F.), BOUILLON (P.), DELMAS (C.) - * - Abstract # 677, 214 th ECS meeting, Honolulu (2008).
-
(5) - NEUDECKER (B.J.), DUDNEY (N.J.), BATES (J.B.) - * - J. Electrochem. Soc., 147, p. 517-523 (2000).
-
(6) - VINATIER (P.), HAMON (Y.) - Applications of ion transport in disordered solids. - Dans « Charge transport in disordered solids with applications in electronics » , edited by BARANOVSKI (S.), Wiley & Sons Ltd. (2006).
- ...
ANNEXES
Lithium Battery Discussion (LiBD) tous les 2 ans.
International Meeting on Lithium Batteries (IMLB)
Electrochemical Society 2 fois par ans, http://electrochem.org
HAUT DE PAGE
Demande de brevet US2007/0006807 Magnetic Mask Holder
Brevet US2005/0016458 Apparatus for producing thin-film electrolyte
HAUT DE PAGE3.1 Entreprises développant des microbatteries
• STMicroelectronics (Tours) http://www.st.com
Étranger :
• Oak Ridge Micro-Energy (Oak Ridge, Tennessee) http://www.oakridgemicro.com
• Excellatron (Atlanta, Georgia) http://www.excellatron.com
• Cymbet (Elk River, Minnesota) http://www.cymbet.com
• Infinite Power Solutions (Denver,...
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