MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d’énErgie sur Substrat rigide et flexible – MINOTORES

Le projet MINOTORES se propose de fabriquer de façon collective des micro-supercondensateurs (MSC) symétriques ou hydrides sur substrats rigides et / ou flexibles. Ces microdispositifs de stockage électrochimique de l'énergie permettraient de conférer de l'autonomie à des objets connectés miniatures. Pour atteindre cet objectif, le projet réuni 3 laboratoires complémentaires: le LPCNO et le CIRIMAT de Toulouse ainsi que l'IEMN de Lille. Ce projet s’appuie sur les savoir-faire de ces 3 laboratoires de recherche et propose de lever un grand nombre de verrous technologiques et scientifiques dans ce domaine : faible adhérence des couches minces sur le substrat, contrôle structural des matériaux, stabilité mécanique des micro-supercondensateurs tout solide, faible énergie spécifique (évolution vers des micro-dispositifs hybrides)… Dans le cadre de MINOTORES, le consortium propose de réaliser des MSCs possédant une forte densité d’énergie volumique et surfacique (au moins 60 µWh/cm2 et 100 mWh/cm3). Pour ce faire, il faut donc optimiser le couple Capacité Volumique (C) - tension de fonctionnement (V). Un premier matériau choisi est le carbone poreux dérivé de carbure métallique (CDC) qui permet d’atteindre des durées de vie exceptionnelles (> 10 millions de cycles) et de fortes puissances. Etant donné que ces microdispositifs de stockage électrochimique de l’énergie sont destinés à être intégrés au sein de microsystèmes communicants (volume # 1 cm3), ils devront nécessairement présenter une topologie TOUT SOLIDE car toute fuite de liquide est prohibée dans ces petits objets. Le projet sera divisé en 5 tâches scientifiques allant du dépôt de matériaux d’électrode en couche mince à l’optimisation et la fabrication de structures d’électrodes interdigitées en passant par la mise au point d’électrolyte solide et les caractérisations électrochimiques associées. Des résultats préliminaires sont présentés dans la proposition de projet afin de démontrer que les risques d’échec ont été minimisés en s’appuyant sur des bases solides. La réalisation de MSC interdigités symétriques CDC-CDC et hybrides (CDC-Nb2O5, CDC-MXenes) « tout solide », présentant des densités d’énergie surfacique de plus 50 µWh/cm2 (100 mWh/cm3), une grande cyclabilité (> 100 000 cycles), une densité de puissance supérieure à 100 mW/cm2, une large plage de température de fonctionnement (- 50°C à + 80°C) et un procédé de fabrication collective et transférable industriellement sont les objectifs principaux de ce projet.