La capacité des microsupercondensateurs multipliée par 1 000

La multiplication exponentielle des objets connectés industriels n'est possible qu'en rendant la plupart de ces derniers autonomes en énergie. Face aux problèmes que posent les batteries (sécurité, maintenance, etc.), les microcondensateurs pourraient constituer une alternative.

A vec le développement des systèmes électroniques embarqués et des technologies sans fil, la miniaturisation des dispositifs de stockage d'énergie est devenue nécessaire. Très répandues, les microbatteries engrangent une grande quantité d'énergie grâce à leurs propriétés chimiques. Par contre, elles sont sensibles aux écarts de température et souffrent d'une faible puissance électrique tout en ayant une durée de vie limitée à quelques centaines de cycles de charge et décharge.

Développés depuis une dizaine d'années, les microsupercondensateurs constituent une alternative inté- ressante aux microbatteries en raison de leur puissance élevée et de leur longue durée de vie. Mais jusqu'à présent, ils stockaient considérablement moins d'énergie que les microbatteries, ce qui limitait leur utilisation. Des chercheurs du Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes(1)(LAAS-CNRS) à Toulouse et de l'Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) au Québec, viennent de mettre au point un matériau d'électrode qui permet à ces condensateurs électrochimiques de se rapprocher des résultats des batteries, sans pour autant perdre leurs avantages.

S'ils font l'objet d'un nombre croissant de travaux depuis une dizaine d'années, les microsupercondensateurs n'ont pas encore trouvé d'applications concrètes. En effet, leur faible densité d'énergie, c'est- à-dire la quantité d'énergie qu'ils peuvent emmagasiner sur un volume ou une surface donnés, ne leur permet pas d'alimenter durablement des capteurs ou des composants électroniques. Des chercheurs de l'équipe Intégration de systèmes de gestion de l'énergie du LAASCNRS, en collaboration avec l'Institut national de la recherche scientifique du Québec, ont réussi à lever cette limitation en alliant le meilleur des microsupercondensateurs et des microbatteries.

Ils ont ainsi mis au point un matériau d'électrode dont la densité d'énergie surpasse tous les systèmes proposés jusqu'à présent. L'électrode est constituée d'une structure en or extrêmement poreuse, synthétisée par un procédé électrochimique, dans laquelle de l'oxyde de ruthé- nium a été inséré. Ces matériaux onéreux restent ici utilisables car la taille des composants est de l'ordre du millimètre-carré. Cette électrode a ensuite servi à fabriquer un microsupercondensateur d'une densité d'énergie de 0,5 J/cm², soit environ 1 000 fois celle des microsupercondensateurs existants, et un résultat très proche des caractéristiques des microbatteries Li-ion actuelles.

Avec cette nouvelle densité d'énergie, leur longue durée de vie, leur forte puissance et leur tolérance aux écarts de température, ces microsupercondensateurs pourraient enfin être utilisés sur des microsystèmes embarqués autonomes et intelligents.