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)
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Alain LEVASSEUR : Professeur à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
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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)
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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.
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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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Perspectives de développement industriel
En anglais
5. Caractérisations des couches minces et des microbatteries
5.1 Épaisseur, masse
L'épaisseur des couches minces est mesurée à l'aide d'un profilomètre mécanique ou peut être déduite des spectres RBS ( Rutherford Backscattering Spectroscopy ). La détermination de la masse est une donnée importante car elle permet le calcul de la capacité massique de l'électrode positive. Elle est effectuée avec une microbalance de précision (± 0,1 μg).
HAUT DE PAGE5.2 Composition chimique
La détermination de la composition chimique des couches minces constitue souvent une tâche ardue et fait intervenir plusieurs techniques en fonction de la nature des éléments présents dans la couche. Deux méthodes d'analyse nucléaire sont utilisées et permettent une détermination précise de la composition des couches minces. Il s'agit de la rétrodiffusion des particules α ou RBS et de la NRA ( Nuclear Reaction Analysis). La technique RBS permet l'analyse des éléments dont le numéro atomique est supérieur à celui du carbone alors que la NRA permet l'analyse d'éléments légers (tels que le lithium ou le bore par exemple). En complément, des analyses par microsonde de Castaing ou par spectroscopie Auger sont également réalisées notamment pour vérifier l'homogénéité de composition sur l'épaisseur des couches. Dans le cas de couches épaisses ou présentant une surface étendue, des analyses peuvent être réalisées par ICP (Inductive Coupled Plasma) à condition de dissoudre préalablement la couche mince.
HAUT DE PAGE5.3 Structure, morphologie et microstructure des couches minces
La structure est étudiée par diffraction des rayons X pour savoir si elle est cristallisée ou amorphe et identifier les composés présents. En complément des analyses par MET (microscopie électronique à transmission) ou par spectroscopie Raman sont menées pour affiner la microstructure (présence de nanodomaines cristallisés ou d'environnements particuliers). La morphologie est quant à elle étudiée par MEB (microscopie électronique à...
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Caractérisations des couches minces et des microbatteries
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KIM (I.S.), VAUGHEY (J.T.) , AUCIELLO (O.) - * - J. Electrochem. Soc., 155, p. A448-A451 (2008).
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(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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