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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Plus loin dans la miniaturisation des sources de stockage de l’énergie

 

Des chercheurs du Cirimat de Toulouse (1)(CNRS / Université Paul Sabatier - Toulouse 3 / Institut national polytechnique de Toulouse), en collaboration avec l’Université de Drexel (USA) ont mis au point des matériaux qui repoussent les limites de la miniaturisation des systèmes de stockage d’énergie. En effet, ces matériaux réalisés à partir de carbure de titane ouvrent la voie à la fabrication de micro-systèmes de grande densité d’énergie, jusqu’alors inaccessibles. Ces travaux sont publiés dans la revue Science le 23 avril 2010.

 

Avec le développement des équipements portables et de l’électronique associée se pose la question de la miniaturisation des sources de stockage d’énergie pour leur alimentation. Aujourd’hui, cette fonction est principalement assurée par des accumulateurs de petites dimensions (jusqu’à quelques centaines de micromètres) appelées micro-batteries. Ces systèmes ont cependant des limitations inhérentes à leur conception comme par exemple une faible puissance disponible, une durée de vie et un domaine de fonctionnement en température restreints. L’utilisation de supercondensateurs permet de s’affranchir de ces limitations, mais les micro-supercondensateurs proposés jusqu’alors ont une densité énergie trop faible pour alimenter de façon durable les équipements.


Avec l’équipe du Prof. Y. Gogotsi de l’Université de Drexel, Patrice Simon et Pierre Louis Taberna du CIRIMAT ont mis au point des matériaux permettant d’envisager la réalisation de micro-supercondensateurs de haute densité d’énergie. En partant d’échantillons massifs de carbure de titane (TiC), ils ont transformé la surface du matériau en un film de carbone (C) en utilisant des procédés compatibles avec les techniques de microfabrication (traitement thermique en présence de Cl2). Ce film de carbone formé in-situ est un carbone poreux, de très grande surface spécifique (> 1000 m² par gramme) de même type que celui utilisé pour stocker les charges dans les supercondensateurs. En faisant varier l’épaisseur du film de carbone formé par ces méthodes, ils ont observé que la densité de charge stockée dans des films de 1 µm – et donc la densité d’énergie - était multipliée par un facteur 3 par rapport à des électrodes de supercondensateurs classiques utilisant de la poudre de carbone.


Ces résultats obtenus à partir d’échantillons massifs de TiC permettent d’envisager la fabrication de micro-supercondensateurs de grande densité d’énergie, par évaporation de films de carbure (TiC ou encore SiC) directement sur des tranches de silicium pour être intégrés facilement dans différents systèmes. Ces travaux sont en cours de développement au collaboration avec Magalie Brunet et David Pech au LAAS de Toulouse. Ces micro-supercondensateurs pourront être utilisés en complément ou en remplacement des micro-batteries pour la fourniture de puissance mais également pour la récupération d’énergie (vibrations par exemple).

 

(1) Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux

 

Référence

John Chmiola, Celine Largeot, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Yury Gogotsi

Monolithic Carbide-Derived Carbon Films for Micro-Supercapacitors

Science, 23 avril  2010

 

Contacts chercheurs 

Patrice Simon , Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux, Toulouse
Courriel : simon@chimie.ups-tlse.fr

Tél : 05 61 55 68 02

 

Pierre-Louis Taberna, Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux, Toulouse
Courriel : taberna@chimie.ups-tlse.fr

Tél : 05 61 55 61 06

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

27 avril 2010

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