Fabrication de micro-batteries avec électrodes côte à côte sur plaquette de silicium. Crédit :Fraunhofer IZM
Il existe une nouvelle technologie qui s'empare des marchés du futur :la technologie à porter. Appareils portables, comme ils sont connus, sont des systèmes portables qui contiennent des capteurs pour collecter des données de mesure de notre corps. L'alimentation de ces capteurs sans fil nécessite des batteries pliables qui peuvent s'adapter au matériau spécifique et fournir la puissance requise par le système. Les micro-batteries développées par l'Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM constituent la base technique de cette nouvelle tendance technologique.
En médecine, les appareils portables sont utilisés pour collecter des données sans déranger les patients dans le cadre de leurs activités quotidiennes - pour enregistrer les ECG à long terme, par exemple. Puisque les capteurs sont légers, souple et dissimulé dans les vêtements, c'est un moyen pratique de surveiller le rythme cardiaque d'un patient. La technologie a également des applications plus quotidiennes - bandes de fitness, par exemple, qui mesurent le pouls des joggeurs pendant leur course. Il y a un énorme potentiel de croissance dans le secteur des wearables, qui devrait atteindre une valeur de marché de 72 milliards d'euros d'ici 2020.
Comment alimenter ces accessoires intelligents pose un défi technique important. Il y a les considérations techniques – durabilité et densité énergétique – mais aussi les exigences matérielles telles que le poids, flexibilité et taille, et ceux-ci doivent être combinés avec succès. C'est là qu'intervient Fraunhofer IZM :les experts de l'institut ont développé un prototype de bracelet intelligent qui, littéralement, recueille des données de première main. La pièce technique de résistance du bracelet en silicone sont ses trois piles vertes brillantes. Bénéficiant d'une capacité de 300 milliampères-heures, ces piles alimentent le bracelet en énergie. Ils peuvent stocker de l'énergie de 1,1 wattheure et perdre moins de trois pour cent de leur capacité de charge par an. Avec ces paramètres, le nouveau prototype a une capacité beaucoup plus élevée que les bandes intelligentes disponibles sur le marché jusqu'à présent, lui permettant d'alimenter en énergie même les appareils électroniques portables les plus exigeants. La capacité disponible est en fait suffisante pour habiliter une montre intelligente conventionnelle sans perte d'autonomie. Avec ce genre de statistiques, le prototype bat des produits établis tels que les montres intelligentes, dans lequel la pile est uniquement intégrée dans le boîtier de la montre et non dans le bracelet.
Batteries lithium-ion de taille millimétrique avec électrodes interdigitées. Crédit :Fraunhofer IZM, Volker Mai
Le succès grâce à la segmentation
Robert Hahn, chercheur au département RF &Smart Sensor Systems de Fraunhofer IZM, explique pourquoi la segmentation est la recette du succès :« Si vous faites une batterie extrêmement flexible, il aura une densité énergétique très faible - il est donc préférable d'adopter une approche segmentée."
Au lieu de rendre les batteries extrêmement flexibles au détriment de la densité énergétique et de la fiabilité, l'institut s'est concentré sur la conception de batteries très petites et puissantes et sur une technologie de montage optimisée. Les batteries sont pliables entre les segments. En d'autres termes, le bracelet intelligent est flexible tout en conservant beaucoup plus de puissance que les autres bracelets intelligents disponibles sur le marché.
Micro-rayon de batterie mécaniquement flexible fabriqué à partir de cellules de batterie segmentées. Crédit :Fraunhofer IZM
Solutions sur mesure
Dans son développement de batteries pour wearables, Fraunhofer IZM combine de nouvelles approches et des années d'expérience avec un processus de développement sur mesure :« Nous travaillons avec les entreprises pour développer la batterie qui leur convient, " explique l'ingénieur électricien diplômé. L'équipe se concerte étroitement avec les clients pour établir les besoins énergétiques. Ils adaptent soigneusement les paramètres tels que la forme, Taille, Tension, capacité et puissance et les a combinés pour former un concept d'alimentation électrique. L'équipe réalise également des tests spécifiques au client.
Plâtre intelligent pour mesurer la sueur
En 2018, l'institut a commencé à travailler sur une nouvelle technologie portable, le plâtre intelligent. En collaboration avec le fabricant suisse de capteurs Xsensio, ce projet parrainé par l'UE vise à développer un pansement capable de mesurer et d'analyser directement la sueur du patient. Cela peut ensuite être utilisé pour tirer des conclusions sur l'état de santé général du patient. Dans tous les cas, avoir une commodité, L'outil d'analyse en temps réel est le moyen idéal pour mieux suivre et surveiller les processus de guérison. Fraunhofer IZM est responsable du développement du concept de conception et du système d'alimentation en énergie des capteurs de mesure de la sueur. Le projet est d'intégrer des capteurs extrêmement plats, léger et souple. Cela nécessitera le développement de divers nouveaux concepts. Une idée, par exemple, serait un système d'encapsulation en feuille composite d'aluminium. Les chercheurs doivent également s'assurer de sélectionner des matériaux peu coûteux et faciles à éliminer. Après tout, un pansement est un produit jetable.
