Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul TERRAT
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Michel MARTIN : Hydromécanique et frottement (HEF), Département HEF R & D
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Alain LEVASSEUR
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Georges MEUNIER
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Philippe VINATIER : Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB) - et École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dès 1991, le Japon a engagé de très gros programmes de recherche orientés vers la miniaturisation des composants industriels, capteurs, actionneurs, vannes, etc., bientôt suivi par les États-Unis et les pays européens. Ces projets ont vu l’émergence de techniques de fabrication nouvelles, ou adaptées de technologies déjà connues, notamment dans le domaine de la microélectronique, et que l’on regroupe souvent sous les noms de microtechniques, microtechnologies et même nanotechnologies.
Les sources d’énergie électrique ont subi la même évolution et des microgénérateurs − micropiles s’ils ne sont pas rechargeables, microbatteries s’ils peuvent être rechargés − dont l’épaisseur totale n’excède pas quelques micromètres, commencent à apparaître.
Bien qu’ils ne soient encore qu’au stade expérimental, ces microgénérateurs ouvrent le champ à de très nombreuses applications, notamment celles des cartes à puce, des micromachines, des étiquettes électroniques... Il ne faut pas les confondre avec les minipiles − « piles papier » ou à électrolyte polymère − qui délivrent des courants beaucoup plus élevés, mais dont l’épaisseur se chiffre en dixièmes de millimètres. Ces piles et accumulateurs sont plutôt destinées à alimenter ce qu’on désigne aujourd’hui sous le nom d’objets nomades, tels que les téléphones portables, etc., et leur développement industriel est beaucoup plus avancé.
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VERSIONS
- Version courante de mai 2009 par Alain LEVASSEUR, Brigitte PECQUENARD, Philippe VINATIER, Raphaël SALOT, Frédéric LE CRAS, Michel MARTIN
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2. Matériaux
Les matériaux utilisés dans les microgénérateurs sont généralement les mêmes que dans les batteries au lithium. Toutefois, l’élaboration sous forme de couches minces leur confère certaines spécificités : leur composition chimique peut s’écarter de celle de leurs homologues massifs, leur structure est généralement moins organisée. Leurs propriétés électrochimiques peuvent donc être sensiblement différentes de celles des matériaux massifs. Ainsi, à partir de matériaux massifs connus, on obtient sous forme de couches minces de nouveaux matériaux, qu’il convient de caractériser.
2.1 Électrode négative
Le lithium métallique est le principal matériau d’électrode négative utilisé dans les microgénérateurs en raison de ses nombreux avantages. Le comportement de ce matériau est très bien connu dans les batteries de puissance. Son élaboration sous forme de couche mince ne semble pas poser de problème particulier. Certains laboratoires recherchent pourtant des solutions alternatives, car le lithium n’est pas sans inconvénient. Tout d’abord, il est déposé par évaporation thermique, alors que l’électrolyte et l’électrode positive sont déposés par d’autres méthodes. Une technologie unique de dépôt serait préférable. D’autre part, le lithium est très sensible à l’humidité. Une protection est donc nécessaire, sans que l’épaisseur de l’ensemble ne soit trop augmentée. Pour pallier ces inconvénients, il est possible de remplacer le lithium par un matériau d’intercalation, similaire dans son principe à celui qui est utilisé à l’électrode positive mais dont le potentiel est aussi bas que possible (figure 2). On réalise alors un microgénérateur avec deux électrodes à intercalation, dit « rocking-chair ». Selon l’application envisagée, la perte de différence de potentiel, par rapport à un microgénérateur au lithium, n’est pas forcément dommageable. Néanmoins, les tentatives de fabrication d’électrode négative à intercalation sont encore rares. On peut signaler Nb2O5, et Li4Fe0,5Ti4,5O11,75 utilisé dans un microgénérateur tout solide 2.3...
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