Microsupercondensateur sur substrat silicium : des chercheurs français publient leur concept dans SCIENCE

Deux chercheurs français de la délégation régionale Nord Pas-de-Calais et Picardie, Christophe Lethien (IEMN – Université Lille 1) et Arnaud Demortière (LRCS – Université de Picardie Jules Verne), en collaboration avec des chercheurs du pole Toulousain réunis autour de Patrice Simon (CIRIMAT) publient dans Science le meilleur microsupercondensateur au monde. Il est destiné à être intégré sur des cartes électroniques ou des tissus pour conférer une autonomie énergétique à des petits objets communicants. En lien avec un chercheur américain (Yury Gogotsi de l’Université de Drexel), ils publient une méthode de production compatible avec les processus utilisés dans l’industrie de la microélectronique. Christophe Lethien (IEMN) a apporté les compétences en dépôt de matériaux en couche mince et en microfabrication nécessaires à la découverte et Arnaud Demortière a quant à lui apporté son expertise en microscopie électronique qui a permis d’observer le système et d’effectuer l’analyse structurale à l’échelle atomique.

L’étude a été menée par plusieurs laboratoires français des instituts de chimie, de physique et de sciences de l’ingénierie du CNRS associés à un chercheur américain: le CIRIMAT et le LPCNO (Toulouse), l’IEMN (Villeneuve d’Ascq), le LRCS (Amiens) et l’université de Drexel (Etats Unis) ont unis leurs forces et leurs compétences autour de cette thématique de recherche.

 

Les performances publiées sont les meilleures connues à ce jour

Le concept est à la fois compatible avec les procédés de production actuels, permet une très bonne adhésion sur le substrat de silicium grâce à une structure originale. Une couche « support » de carbure de titane (TiC) est tout d’abord déposée par pulvérisation cathodique sur un substrat de silicium. Elle est ensuite usinée par gravure sèche pour fabriquer deux électrodes de TiC à structure interdigitée. Un traitement thermique permet de retirer sélectivement le métal du carbure métallique pour obtenir un microsupercondensateur à base de carbone nanoporeux. Au final, ils obtiennent le meilleur rapport densité d’énergie surfacique/densité de puissance surfacique du moment.

Mieux, si la réaction de synthèse est poussée à son terme, toute la couche « support » de TiC est transformée en supercondensateur, qui se décolle alors du substrat de silicium. Ce film autosupporté, mécaniquement stable, et micrométrique est potentiellement utilisable pour des applications flexibles ou « portables » (wearable).  Au-delà de l’application pour le stockage électrochimique de l’énergie, ces matériaux offrent des perspectives pour la mise au point de revêtements élastiques à faible coefficient de frottement ou encore pour la réalisation de membranes pour la filtration de gaz.

 


 

 

 

Référence :

On-chip and free-standing elactic carbon films for micro-supercapacitors
HUANG P., LETHIEN C., PINAUD S., BROUSSE K., LALOO R., TURQ V., RESPAUD M., DEMORTIÈRE A., DAFFOS B., TABERNA P.L., CHAUDRET B., GOGOTSI Y., SIMON P.

Science 351, 6274 (2016) 691-695 (published february 12, 2016)

doi: 10.1126/science.aad3345

 

Liens :

http://www.rtbf.be/info/societe/detail_les-micro-supercondensateurs-communicants-ces-super-batteries-de-l-avenir?id=9211116
http://www.supercondensateur.com/micro-supercondensateur-sur-puce-electronique-performant-industrialisable
http://phys.org/news/2016-02-reveals-carbon-microchips-energy-storage.html
http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=42609.php
http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/simon9.htm
http://www.energie-rs2e.com/fr/dossier/micro-stockage-lenergie-supercondensateurs-puces-electroniques