Vers le développement d’électrodes poreuses et performantes pour micro-batteries à ions lithium

Résultats scientifiques
Micro et nanotechnologies

En vue d’alimenter des objets communicants miniatures pour des applications du domaine de l’Internet des Objets (IoT), une équipe de chercheurs pilotée par l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie, a mis au point une électrode performante à haut potentiel (4.7 V) en vue d’une intégration dans des micro-batteries à ions lithium (Li-ion). Les chercheurs augmentent les performances de ces dispositifs en jouant sur l’épaisseur des électrodes et modifient la porosité du matériau permettant une restitution très rapide du courant, faisant l’état de l’art sur ce matériau. Ces travaux sont publiés dans la revue Energy Storage Materials.

Les objets communicants nécessitent des sources d’énergie adaptées à leur taille, leur mobilité et leur besoin d’autonomie jusqu’à présent limitée. Leur miniaturisation, jusqu’à la taille d’un grain de riz, ouvrirait la voie à de nouvelles applications telles que des mesures toxicologiques dans le corps humain ou le contrôle de zone polluée. Dans ce cadre, une équipe de recherche pilotée par l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS/ISEN Lille/Université Polytechnique des Hauts-de-France/École Centrale de Lille/Université de Lille)1 développe un matériau d’électrodes augmentant les performances de micro-batteries Li-ion.

Afin de fournir d’avantage d’énergie à de petits objets communicants, les chercheurs épaississent les électrodes (> 7 µm) de micro-batteries et embarquent ainsi plus de matières actives. De plus, ils rendent le matériau poreux ce qui favorise la circulation des ions lithium au travers des électrodes. Cela augmente aussi la surface d’interaction entre l’électrolyte liquide contenu dans la batterie miniature et le matériau d’électrode. Cette propriété permet à l’électrode de cycler vite, c’est-à-dire de restituer jusqu’à 84 % de sa capacité maximale en seulement 6 minutes. Ce résultat fait l’état de l’art sur ce matériau grâce à la porosité créée par les chercheurs. Enfin, ces derniers parviennent à contrôler l’adhérence de l’électrode épaisse sur les collecteurs de courant ce qui est primordial pour le maintien du dispositif et son utilisation future.


Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet ANR CASSIOPES et les activités de recherche sont supportées par le réseau RENATECH et le Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Énergie (RS2E).


Références :

Sputtered LiMn1.5Ni0.5O4 thin films for Li-ion micro-batteries with high energy and rate capabilities,
M. Hallot, A. Demortière, P. Roussel, C. Lethien.
Energy Storage Materials (août 2018)
DOI: 10.1016/j.ensm.2018.08.012

  • 1. Cette étude implique également l’Unité de catalyse de la chimie du solide (CNRS/ENSC Lille/École Centrale de Lille/Université d’Artois/Université de Lille) et le Laboratoire de réactivité et de chimie des solides (CNRS/Université Picardie Jules Verne

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