Microsystèmes de stockage d'énergie sur substrat 3D

Microsystèmes de stockage d'énergie sur substrat 3D

Conférer de l'autonomie énergétique à des objets électroniques miniatures est un défi. De nouvelles voies de recherche doivent être investiguées pour augmenter les performances des microbatteries (MB) Li-ion et des micro-supercondensateurs (MSC). A ce titre, développer des microsystèmes de stoc...

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Détails bibliographiques
Auteur principal : Eustache Etienne (Auteur)
Collectivités auteurs : Université Bretagne Loire 2016-2019 (Organisme de soutenance), Université de Nantes 1962-2021 (Organisme de soutenance), École polytechnique de l'Université de Nantes (Organisme de soutenance), École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) Le Mans 2008-2021 (Organisme de soutenance), Institut des Matériaux Jean Rouxel Nantes (Ecole doctorale associée à la thèse), Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie IEMN (Organisme de soutenance)
Autres auteurs : Brousse Thierry (Directeur de thèse), Lethien Christophe (Directeur de thèse)
Format : Thèse ou mémoire
Langue : français
Titre complet : Microsystèmes de stockage d'énergie sur substrat 3D / Etienne Eustache; sous la direction de Thierry Brousse ; co-directeur de thèse Christophe Lethien
Publié : 2016
Description matérielle : 1 vol. (163 p.)
Note de thèse : Thèse de doctorat : Génie des matériaux : Nantes : 2016
Disponibilité : Publication autorisée par le jury
Sujets :
Accumulateurs au lithium-polymère > Thèses et écrits académiques
Supercondensateurs > Thèses et écrits académiques
Dioxyde de manganèse > Thèses et écrits académiques
Microbatterie
Documents associés : Reproduit comme: Microsystèmes de stockage d'énergie sur substrat 3D
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310 |a Publication autorisée par le jury 
314 |a Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL)(Le Mans) 
314 |a Partenaire de recherche : Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN) (Nantes) (Laboratoire) 
314 |a Partenaire de recherche : Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN) (Valenciennes) (Laboratoire) 
314 |a Autre(s) contribution(s) : Thierry Djenizian (Président du jury) ; Rose-Marie Sauvage, Pierre-Yves Tessier (Membre du jury) ; Patrice Simon, Jean-Pierre Pereira-Ramos (Rapporteurs) 
320 |a Bibliogr. p.151-160 
328 |b Thèse de doctorat  |c Génie des matériaux  |e Nantes  |d 2016 
330 |a Conférer de l'autonomie énergétique à des objets électroniques miniatures est un défi. De nouvelles voies de recherche doivent être investiguées pour augmenter les performances des microbatteries (MB) Li-ion et des micro-supercondensateurs (MSC). A ce titre, développer des microsystèmes de stockage en topologie 30 semble être une approche prometteuse pour outrepasser les densités d'énergie des dispositifs planaires. Dans le cadre de cette thèse exploratoire, nous avons réalisé des structures 30 à l'échelle micrométrique en utilisant un procédé de gravure profonde d'un substrat de silicium. Cette architecture est utilisée comme socle commun pour la fabrication de MB Li-ion 30 et de MSC 30. Une électrode négative de MB de TiO2 a été réalisée par dépôt par couche atomique (ALD) sur les structures 30 proposées. Les caractérisations électrochimiques montrent que l'augmentation de la capacité (x30) est proportionnelle à la surface développée par l'architecture 30. Un film conforme de phosphate de lithium (Li3P04) a également été développé par ALD. La conductivité ionique de (=4.10-7 S/cm) et l'épaisseur limitée (60 nm) de la couche placent ce matériau comme électrolyte solide potentiel de MB 30. Des MSC à électrodes 30 interdigitées ont par ailleurs été fabriqués. Des électrodes de Mn02 ont été déposées en couche mince par dépôt électrolytique sur le substrat 30. Les résultats montrent que cette approche permet d'obtenir des dispositifs pseudocapacitifs à capacités spécifiques particulièrement élevées. 
330 |a Providing autonomy to miniaturized electronic devices is a challenge. New research directions should be investigated in order to increase the performance of Liion microbatteries (MB) and micro-supercapacitors (MSC). Developing power sources with a 30 topology instead is a promising approach to surpass the planar devices energy density. ln this exploratory thesis, we realized 30 structures at the micrometric scale by deep etching of a silicon substrate. This architecture is used as a common base to fabricate Li-ion MB and MSC. A TiO2 MB negative electrode has been realized by atomic layer deposition (ALD) on top of the microstructures. Electrochemical characterizations show a proportional increase (x30) of the capacity with the specific surface area of the 30 architecture. A conformal lithium phosphate (Li3P04) film has also been developed by ALD. The ionic conductivity (=4.10-7 S/cm) and the limited thickness (60 nm) of the layer establish this material as a 30 MB potential solid-state electrolyte. Furthermore, MSC with interdigitated 30 electrodes have been fabricated. Mn02 thin films have been deposited by electrodeposition on top of the 30 substrate. Results demonstrate that this approach allow to achieve pseudocapacitive devices with high specific capacitance. 
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