Les Défis du CEA n°175 novembre 2012
Les Défis du CEA n°175 novembre 2012
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°175 de novembre 2012

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 24

  • Taille du fichier PDF : 2,0 Mo

  • Dans ce numéro : dompter les énergies nomades.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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grand angle dompter les énergies nomades Banc d’héliographie pour réalisation de micro-sources d’énergie. Technique/CEA Micro-batteries pour maxi-autonomie• Batteries : assemblages d’accumulateurs qui fournissent de l’énergie électrique, à travers des phénomènes chimiques, grâce à la circulation d’ions entre deux électrodes via un électrolyte, et à celle des électrons dans un circuit extérieur. Téléphones et ordinateurs portables, étiquettes intelligentes, systèmes médicaux autonomes, capteurs isolés, drones de reconnaissance… Le déploiement de ces objets nomades dépend de leur autonomie. Depuis les années 2000, les fabricants de batteries• ont progressé dans la composition et l’architecture des accumulateurs, toujours plus performants, et toujours plus petits ! Plusieurs de ces technologies sont développées au CEA-Liten. « es mini-batteries au lithium constituent un objet de Lrecherche de longue date au CEA-Liten. Elles résultent de nos travaux sur les batteries des véhicules électriques – travaux qui se poursuivent aujourd’hui, notamment au sein d’un partenariat avec Renault. Ces minibatteries ne visent pas des marchés de masse (téléphones, tablettes) mais des applications de niche à haute valeur ajoutée (capteurs, électronique de défense, etc.) » indique Florence Lambert, chef de département au CEA-Liten. 16 Les défis du CEA Plus d’informations sur www.cea.fr
Des mini-batteries qui ont inspiré la création d’une start-up Ce savoir-faire s’est décliné sur des dispositifs miniatures en exploitant les technologies d’impression. Les poudres des matériaux actifs des électrodes sont conditionnées dans des solvants et imprimées par enduction sur des feuillards métalliques. Entre ces électrodes, l’électrolyte lithium (liquide ou gélifié) est placé par impression puis le tout est assemblé selon des architectures extra-plates. Les dispositifs ainsi obtenus ont des épaisseurs de l’ordre de la centaine de microns et des volumes de quelques cm 3. Leur capacité, comprise entre le milliampère par heure (mA.h) et la dizaine d’A.h, est idéale pour toutes sortes d’applications, allant des objets communicants nomades aux prothèses médicales. Ces compétences ont inspiré la création de la start-up PROLLiON. Née en 2009, elle propose la conception et la fabrication de batteries « à façon ». Aujourd’hui, elle continue sa collaboration avec le CEA-Liten en partageant des efforts de R&D et des installations techniques. L’ère des micro-batteries arrive Des technologies de réalisation différentes sont également investiguées par une autre équipe. Là, point de procédés d’impression mais des techniques de dépôts couches minces• sous vide empruntées à la microélectronique. Dans ce cas, la miniaturisation est poussée à l’extrême avec des batteries « tout solide » (dont tous les composants, y compris l’électrolyte, sont solides). Les chercheurs réalisent ainsi des microcellules d’énergie de quelques dizaines de microns d’épaisseur et de très petites surfaces (quelques mm 2). « Leurs avantages : elles résistent mieux aux températures, ne se déchargent pas spontanément et ont une cyclabilité• élevée. Leur inconvénient : des capacités réduites par rapport à des gros systèmes, mais qui restent en ligne avec les applications visées ! » relativise Raphaël Salot, chef de laboratoire au CEA-Liten. Cette approche a permis de réaliser une première mondiale, en 2005, avec l’intégration d’une batterie directement sur un circuit intégré. « Le graal ultime technologique est de pouvoir tout empiler, c’est-à-dire recouvrir le composant électronique d’une batterie avec les mêmes équipements de production. Mais, ce n’est pas toujours pertinent au niveau industriel, notamment du point de vue des coûts de fabrication. Nous n’avons donc pas retenu cette voie et élaborons la microbatterie indépendamment du composant électronique puis réalisons une intégration classique… » confie le chercheur. En effet, la mission première des équipes du CEA- Liten est bien de développer des technologies pour venir en soutien aux industriels le plus rapidement possible. Le « graal » attendra donc un peu ! • Dépôt couches minces : ensemble de techniques utilisées pour déposer de fines couches de matériau sur un substrat, par exemple par vaporisation d’ions ou par impression. L’une d’elle, l’épitaxie par jet moléculaire, permet de déposer une seule couche atomique à la fois.• Cyclabilité : évaluation du nombre maximal de cycles de charge et de décharge de l’accumulateur. Artechnique/CEA Plusieurs mini-batteries intégrées sur wafer. Artechnique/CEA Micro-batterie sur substrat flexible. Novembre 2012 N°175 17



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