grand angle dompter les énergies nomades Des micro PAC dans les mobiles À gauche, vue d’une micro pile à combustible, en version « éclatée », avec le cœur de la pile et la cartouche d’hydrogène. À droite, la même micro pile à combustible qui tient dans la main ! • Pile à combustible : dispositif produisant de l’électricité grâce à l’oxydation de l’hydrogène et à la réduction de l’oxygène, sur une électrode avec de l’eau pour seul produit de réaction. Artechnique Artechnique Les micro piles à combustible• (PAC) sont envisagées pour recharger les batteries des téléphones portables ou autres objets communicants. Si la concurrence, principalement japonaise, a choisi le méthanol comme carburant de cette catégorie de PAC, les chercheurs du CEA-Liten ont opté depuis le début pour l’hydrogène. « Nous y travaillons depuis dix ans avec des savoir-faire tant sur le cœur de la pile que sur les cartouches de recharge » indique Frédéric Gaillard, chef de département au CEA-Liten. Beaucoup de développements à l’échelle nanométrique ont été réalisés pour maîtriser, d’une part, la génération d’hydrogène à la demande dans la cartouche et, d’autre part, l’efficacité des catalyseurs dans le cœur de la PAC. Dans les applications de forte puissance, comme l’automobile, les recherches portent sur la réduction de la teneur en platine (métal rare) des électrodes des PAC. Des marchés de remplacement aux marchés émergents Pour l’heure, les chercheurs expérimentent avec STMicroelectronics une alternative aux piles boutons utilisées dans les téléphones portables. Ces piles, qui permettent de sauvegarder les données lorsque la batterie est vide, ne peuvent pas être intégrées à la carte mémoire car elles ne supportent pas les températures de soudure. Les équipes de recherche ont donc décidé d’encapsuler « leur » microcellule avec la puce, dans un boîtier. L’ensemble peut supporter jusqu’à 260 °C. « Nous avons validé un système de 5 mm x 5 mm et travaillons actuellement vers sa miniaturisation à 2 mm x 2 mm, détaille Raphaël Salot. Nous nous positionnons également sur les marchés émergents comme ceux de la sécurité et de l’authentification via des cartes à puce dotées d’écran et de clavier intégrés. Pour ces produits, la source d’énergie doit être embarquée. Le cahier des charges stipule des capacités de l’ordre du mA.h, une épaisseur maximale de 200 microns, une résistance à 150 °C, une bonne cyclabilité… » Bandages intelligents, capteurs thermiques… Le secteur des télécommunications n’est pas le seul à bénéficier des innovations dans le domaine des batteries miniatures. Pour preuve, ce projet européen visant le développement de bandages intelligents pour renseigner sur la pression du serrage afin de ne pas invalider le patient. Il s’agit d’intégrer dans un textile (le bandage) un capteur de pression ainsi que son alimentation en énergie. Les chercheurs ont développé une batterie flexible et adaptable pendant que leurs partenaires travaillaient sur des connexions métalliques en forme d’accordéon, compatibles avec les contraintes d’installation (étirements) du bandage. Utilisés pour effectuer toutes sortes de mesures, les capteurs sont en effet gourmands en énergie. Placés parfois dans des endroits à l’accès difficile dans lesquels ils doivent rester longtemps, leur durée de vie et l’énergie embarquée sont importantes. « Pour ce type d’applications, nous travaillons sur des concepts de systèmes hybrides avec récupération et stockage d’énergie. Par exemple, sur une canalisation enterrée, la chaleur du fluide circulant est récupérée par des matériaux thermoélectriques (voir article suivant) qui la convertissent en électricité. La batterie est alors rechargée pour alimenter le capteur ainsi que les systèmes de transmission de données… » souligne Raphaël Salot. Parallèlement à tous ces développements, dont la liste est loin d’être exhaustive, le CEA-Liten est déjà actif pour élaborer les prochaines générations de batteries, celles qui nécessiteront d’opérer avec des gammes de tension encore plus basse pour satisfaire le cahier des charges des nouveaux composants électroniques. Une tendance observée dans le domaine de la microélectronique, afin de réduire les consommations d’énergie. Là encore, les chercheurs ont plus d’un tour dans leur sac. 18 Les défis du CEA Plus d’informations sur www.cea.fr |
