ALD pour le stockage électrochimique de l'énergie

Face au réchauffement climatique et à l’accélération des technologies numériques, la demande mondiale en sources de stockage d’énergie explose. Des batteries de grande capacité, à haute vitesse de charge et à longue durée de vie sont nécessaires pour l’électrification du parc automobile, pour le stockage des énergies renouvelables et pour alimenter les multiples appareils électroniques que nous utilisons dans notre quotidien. Des sources d’énergie miniaturisées sont, quant à elles, nécessaires pour alimenter des dispositifs miniatures pour des applications d’inter connectabilité des objets ( Internet of Things ) ou pour des dispositifs médicaux.

La France et l’Union Européenne soutiennent de nombreux projets de recherche, d’innovation et d’industrialisation dans le domaine du stockage de l’énergie, mobilisant les acteurs académiques, les pouvoirs publics et les acteurs industriels. La France peut notamment s’appuyer sur le réseau français sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E), qui a été créé en 2011, et qui fédère dix-sept laboratoires académiques, seize industriels et trois centres de transfert technologique et d’intégration, ainsi que sur l’implantation de plusieurs sites de production industriels (gigafactories) de batteries.

Actuellement, la technologie dominante de fabrication des batteries est fondée sur l’utilisation de lithium (Li) comme porteur de charge. Bien que d’autres technologies soient en cours d’étude ou en début de commercialisation, la maturité des technologies au lithium est largement supérieure.

De nombreux problèmes freinent toutefois l’utilisation massive et le développement de batteries : instabilité à l’air des matériaux lithiés ou d’autres composants de la batterie (principalement à cause de l’eau), dépendance aux éléments rares, limitation de la vitesse de charge ou de la durée de vie. Bien que la fabrication de batteries soit fondée sur la chimie complexe de poudres, les technologies de dépôt de couches minces peuvent apporter des solutions à ces problèmes en ajoutant des fines couches de protections sur différents composant de la batterie.

Le dépôt par couche atomique ou atomic layer deposition (ALD) concentre toutes les qualités requises pour synthétiser ces couches de protections : le dépôt est possible de manière conforme sur tout type d’élément (poudre dispersée, poudre compactée, substrats plans ou texturés), de nombreux matériaux sont accessibles, les couches peuvent être de seulement quelques nanomètres, sont denses et sans perforation. Cet article démontre l’intérêt de l’ALD dans le domaine de la fabrication des batteries massives ou miniaturisées.