La demande accrue de capteurs électroniques super minuscules provenant des soins de santé, des services environnementaux et de l'Internet des objets incite à rechercher des moyens tout aussi minuscules d'alimenter ces capteurs. Un examen de l'état des supercondensateurs ultracompacts, ou "micro-supercondensateurs", conclut qu'il reste encore beaucoup de recherches à faire avant que ces dispositifs puissent tenir leurs promesses.

L'examen a été publié dans la revue Nano Research Energy .

L'explosion de la demande ces dernières années pour les appareils électroniques miniaturisés, tels que les moniteurs de santé, les capteurs environnementaux et les technologies de communication sans fil, a à son tour stimulé la demande de composants pour les appareils qui ont une taille et un poids de plus en plus petits, avec une consommation d'énergie plus faible, et tout cela à des prix moins chers.

Les besoins émergents mais substantiels de l'Internet des objets - l'intégration de plusieurs micro-capteurs capables de recevoir, de traiter et de transmettre des signaux à travers une gamme d'applications à partir de smart- la technologie domestique aux soins de santé. Ces micro-capteurs ont tendance à être déployés dans des espaces extrêmement limités.

Comme ces micro-capteurs, comme leurs macro-cousins, doivent fonctionner avec de l'énergie provenant de quelque part, ils doivent être associés à des sources de "micro-alimentation" tout aussi minuscules. Mais l'incorporation de dispositifs de stockage d'énergie conventionnels tels que les batteries, même très petites, rend les capteurs beaucoup trop lourds et encombrants pour les besoins de l'Internet des objets.

En conséquence, les scientifiques et les ingénieurs ont exploré la possibilité de transformer des sources d'énergie telles que la lumière ou même des vibrations mécaniques en électricité, mais cela nécessite toujours une sorte de stockage d'énergie pour compenser l'intermittence et l'instabilité de ces sources.

Qu'est-ce qui peut faire le travail d'une batterie mais n'a pas besoin d'être aussi volumineux qu'une batterie ? Les micro-supercondensateurs sont une option.

Les condensateurs peuvent être familiers aux électriciens et aux ingénieurs électriciens, mais le grand public peut être moins familier avec leur fonctionnement qu'avec les batteries. Un condensateur stocke l'énergie mais sous la forme d'un champ électrique au lieu de chimiquement comme avec une batterie. Il ne peut pas stocker autant d'énergie qu'une batterie, mais il peut charger et libérer son énergie beaucoup plus rapidement.

Un supercondensateur est un condensateur avec une capacité de stockage d'énergie beaucoup plus importante qu'un condensateur ordinaire, ce qui en fait une solution intermédiaire entre les condensateurs et les batteries. Et un supercondensateur ultracompact, ou "micro-supercondensateur" (MSC) est un supercondensateur suffisamment petit pour être intégré dans des systèmes micro- voire nano-électroniques.

Ce sont ces MSC qui ont reçu une attention croissante à l'ère de l'Internet des objets, en particulier pour permettre la micro- et la nano-électronique auto-alimentées et sans fil. Cela est dû à leur puissance de sortie exceptionnelle, à leurs durées de vie ultra-longues d'environ 100 000 cycles, à des chemins de diffusion plus contrôlables pour les électrons ou les ions (les minuscules "acteurs" cinétiques qui font tout le travail dans les systèmes électroniques), à des performances de sortie réglables et à une intégration facile. avec des systèmes super petits.

"Mais il reste de nombreux défis pour que tout cela fonctionne", a déclaré Zhong-Shuai Wu, co-auteur de l'article de synthèse et professeur au State Key Laboratory of Catalysis, à l'Académie chinoise des sciences. "Nous avons donc pensé qu'il était temps de rédiger un article de synthèse afin que le terrain puisse mieux identifier ce que nous avons bien fait et ce qu'il faudra encore corriger."

Les articles de revue sont une étape clé dans le développement d'une jeune discipline afin que les chercheurs puissent clarifier les connaissances actuelles, identifier les défis et les lacunes de la recherche. Les avis peuvent également proposer des lignes directrices pour la politique et des conseils sur les meilleures pratiques.

Les examinateurs ont conclu que la taille de la plupart des MSC signalés dans la littérature scientifique reste trop importante pour être facilement intégrée dans des systèmes microélectroniques. Une attention limitée a été portée sur la fabrication de MSC ultrapetits de moins de dix millimètres carrés et sur le confinement hyper-compact de l'électrolyte (un élément clé des MSC) à l'échelle micro.

Un défi majeur pour les MSC continue d'être la nécessité de réduire la taille des caractéristiques, y compris la longueur, la largeur et l'écart entre les microélectrodes adjacentes. Tout cela améliorerait la capacité d'intégration des MSC dans les appareils concernés. Dans ce sens, de nombreuses études du MSC se sont concentrées sur des techniques de microfabrication de haute précision telles que la photolithographie, la technique de traçage au laser, la gravure par faisceau d'ions focalisés et de nouvelles méthodes d'impression.

Parmi les autres avancées récentes du MSC, citons le développement d'une résolution supérieure, d'une tension de sortie réglable, d'une capacité améliorée (la capacité du MSC à collecter et stocker de l'énergie sous forme de charge électrique) et au dépôt d'électrolytes de forme conforme.

Malgré un certain nombre de réalisations impressionnantes, en particulier à l'échelle du nanomètre, la densité d'énergie et de puissance reste insatisfaisante pour des performances rentables. De plus, la compréhension théorique doit être travaillée. À cet égard, les auteurs plaident pour une plus grande coopération interdisciplinaire compte tenu du nombre de domaines pertinents pour la recherche sur les MSC, et aimeraient voir l'introduction de l'apprentissage automatique pour aider à la conception précise des MSC afin de répondre plus précisément aux demandes disparates dans différents scénarios d'application intelligente. + Explorer plus loin

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