Les condensateurs à double couche électrochimique (aussi appelés « supercondensateurs EDLC ») stockent l’énergie par adsorption réversible des ions d’un électrolyte à la surface de carbones de grande surface spécifique (> 1 000 m2 · g–1). Ce processus de stockage électrostatique de surface engendre de fortes densités de puissance (> 10 kW · kg–1), avec une cyclabilité exceptionnelle du fait de l’absence de changement notable de volume des électrodes. L’utilisation de matériaux carbonés à porosité contrôlée conduit à une augmentation significative des valeurs de densité d’énergie. Actuellement utilisés dans une grande variété d’applications dont le transport, les supercondensateurs de petite taille pourraient répondre aux nouvelles exigences de mobilité et d’autonomie que requièrent certaines applications nomades. Dans ce cas, il devient nécessaire de miniaturiser ces systèmes et le développement de procédés de fabrication compatibles avec leur intégration sur des wafers de silicium reste un défi à relever.
Cet article décrit la fabrication de micro-supercondensateurs à électrodes interdigitées via l’extraction contrôlée des atomes métalliques de films de carbure de titane sous atmosphère chlorée, entièrement compatible avec les procédés de fabrication utilisés dans l’industrie de la microélectronique. Les films de carbones dérivés de carbures (CDC) obtenus sont très adhérents, nanoporeux et offrent une combinaison unique de propriétés électrochimiques et mécaniques pouvant être modulées avec les paramètres de synthèse. Par exemple, en contrôlant la taille des pores avec la température de chloration, des capacités volumiques de 410 F · cm–3 et de 140 F · cm–3 ont été obtenues respectivement en électrolyte aqueux et électrolyte organique, surpassant celles des meilleurs supercondensateurs carbone-carbone reportés jusqu’à présent. Par ailleurs, la tenue mécanique de la couche de carbone ainsi synthétisée est remarquable, offrant sous certaines conditions la possibilité d’obtenir des films autosupportés transférables sur substrats polymères, ce qui ouvre la voie vers le développement de micro-supercondensateurs flexibles.
Points clés
Domaine : Stockage électrochimique de l’énergie.
Degré de diffusion de la technologie : Émergence.
Technologies impliquées : Supercondensateurs.
Domaines d’application : Microélectronique.
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : CIRIMAT UMR CNRS 5085, université Paul Sabatier, Toulouse ; IEMN UMR CNRS 8520, université Lille 1 Sciences et Technologies
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