17 mai 2022

La plus petite batterie au monde peut alimenter des ordinateurs de la taille d’une poussière

Les progrès de la microélectronique ont permis l’utilisation d’ordinateurs miniaturisés pour une intelligence autonome de la taille d’une particule de poussière. La miniaturisation continue de l’électronique nécessite des microbatteries intégrables pour un fonctionnement à tout moment et n’importe où.

Une équipe de recherche dirigée par l’Université de technologie de Chemnitz a développé la plus petite batterie au monde en utilisant le processus d’auto-assemblage inspiré du rouleau suisse. La batterie pourrait être utilisée pour alimenter de petits capteurs dans le corps humain, entre autres applications.
La structure de microbatterie principale comprend des films minces empilés sur la puce ou les piliers d’électrodes et des microélectrodes sur puce. Cependant, ces conceptions souffrent souvent d’un stockage d’énergie inférieur et la surface d’empreinte des batteries ne peut pas être réduite de manière significative en dessous d’un millimètre carré.
La nouvelle microbatterie a à peu près la taille d’un gain de poussière — moins d’un millimètre carré — et a une densité d’énergie minimale de 100 microwatts/heures par centimètre carré. Pour y parvenir, l’équipe a enroulé des collecteurs de courant et des bandes d’électrodes en matériaux polymères, métalliques et diélectriques à l’échelle microscopique. Les chercheurs ont utilisé le procédé Swiss-roll (roulé suisse) ou micro-origami.

une microbatterie cylindrique à remontage automatique

Le système en couches avec une tension inhérente est créé en enduisant consécutivement de fines couches de matériaux polymères, métalliques et diélectriques sur une surface de plaquette. La tension mécanique est relâchée en décollant les fines couches, qui se referment ensuite automatiquement pour s’enrouler dans une architecture Swiss-Roll pour créer une microbatterie cylindrique à remontage automatique. Le procédé est compatible avec les technologies de fabrication de puces établies et capable de produire des microbatteries à haut débit sur une surface de plaquette.
L’équipe à l’origine de la plus petite batterie au monde affirme qu’elle pourrait être utilisée dans le corps humain, où de minuscules capteurs et actionneurs nécessitent une alimentation électrique continue. Ils affirment également que les microbatteries rechargeables pourraient également alimenter les plus petites puces informatiques du monde pendant une dizaine d’heures — par exemple, pour mesurer en continu la température ambiante locale. De plus, il a un grand potentiel dans les futures technologies de capteurs et d’actionneurs micro — et nanoélectroniques, dans l’Internet des objets, les implants médicaux miniaturisés, les systèmes microrobotiques et l’électronique ultra-flexible.
« Nos résultats montrent des performances de stockage d’énergie encourageantes à l’échelle inférieure au millimètre carré », déclare le Dr Minshen Zhu, et le professeur Oliver Schmidt ajoute : « Il existe encore un énorme potentiel d’optimisation pour cette technologie, et nous pouvons nous attendre à des microbatteries beaucoup plus puissantes à l’avenir. »

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