Description

Les systèmes de stockage d'énergie étirables à base de microbatteries ont suscité l’intérêt des technologies portables comme celle des textiles électroniques intelligents. Cependant, les performances de ces dispositifs restent généralement bien en deçà des niveaux requis car les multiples fractures apparaissant sous sollicitations mécaniques et chimiques entrainent la perte des contacts électriques. Le défi technologique consiste donc à concevoir un dispositif de stockage de l’énergie sûr et efficace présentant des propriétés mécaniques avancées pour éviter l'apparition de fractures durant les tests mécaniques et électrochimiques. HIPERSLIM a pour objectif de fabriquer une microbatterie Li-ion étirable fournissant des capacités surfaciques > 1 mAh.cm-2 tout en supportant de fortes déformations (jusqu'à 100%) pour les applications portables. L’approche innovante repose sur l’assemblage de deux substrats souples comportant des rangées de micropilliers (anodes et cathodes) en forme de serpentins qui seront séparés par un électrolyte polymère auto-réparant. Par rapport à l'état de l'art, cette nouvelle approche technologique présente plusieurs avantages: i) une meilleure exploitation de la surface du substrat par les matériaux actifs qui peuvent couvrir plus de 70% de la surface. ii) Contrairement aux films minces compacts, les électrodes constituées de micropiliers comportent des espaces libres qui évitent la fracture des matériaux et la formation de fissures à l'interface électrode / collecteur de courant occasionnées par les variations de volume des électrodes lors de l'insertion / extraction des ions Li+. iii) Les électrodes microstructurées 3D augmentent également les densités d'énergie et de puissance de la microbatterie grâce à une aire spécifique générée entre les électrodes et l'électrolyte beaucoup plus grande. iv) L'utilisation d'un électrolyte polymère auto-réparant innovant, basé sur un copolymère à bloc contenant des groupes élastomères et conducteurs ioniques associés à la présence de motifs réparateurs dynamiques (liaisons hydrogène), qui permet d’assurer également une bonne qualité des interfaces lors des essais mécaniques et des réactions électrochimiques. Par rapport aux résultats rapportés dans la littérature, la microbatterie réalisée dans le cadre de ce travail conduira à une grande densité d'énergie et de puissance ainsi qu'une longue durée de vie sous de fortes contraintes mécaniques. Pour contourner les verrous scientifiques et technologiques et assurer le succès du projet en 42 mois, il est nécessaire de joindre quatre compétences en: i) Microélectronique flexible, ii) Techniques de dépôt de films minces et procédés de microfabrication, iii) Sciences des polymères, iv) Stockage électrochimique de l’énergie. Conformément aux connaissances scientifiques et techniques complémentaires des partenaires, HIPERSLIM est divisé en 5 postes de travail : 1) La gestion et la coordination du projet. 2) L’optimisation de la conception de l'électrode en établissant une relation entre la déformation maximale du substrat et la surface recouverte par les serpentins. 3) La fabrication d'électrodes serpentins constituées de micropiliers sur des substrats étirables. 4) La synthèse et le dépôt d'électrolytes polymères auto-réparants. 5) Les caractérisations électrochimiques et mécaniques des microbatteries étirables ainsi que les applications potentielles. HIPERSLIM aboutira à la réalisation d'une microbatterie Li-ion étirable fournissant des valeurs élevées de la capacité surfacique (> 1mAh.cm-2) tout en supportant de fortes déformations (jusqu'à 100%). Son exploitation est envisagée pour fournir de l’énergie à différents dispositifs de faible puissance. Comme produit final, nous proposons de fabriquer un bracelet électronique intelligent extensible intégrant un prototype qui épouse le corps.

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