La course à la miniaturisation des dispositifs électroniques portables s’intensifie dans le secteur technologique. Les scientifiques travaillent pour concevoir des composants plus petits et plus efficaces sur le plan énergétique. Dans ce domaine, les micro-supercondensateurs (MSC) jouent un rôle essentiel. Une équipe de scientifiques suédois vient de réaliser une avancée dans leur conception, créant de nouvelles possibilités pour les objets connectés et les dispositifs portables.
Des chercheurs de l’Institut royal de technologie KTH en Suède ont mis au point une méthode d’impression 3D novatrice pour fabriquer des micro-supercondensateurs en verre. Cette technique réduit considérablement la complexité et le temps nécessaires à la création des structures nanométriques essentielles au fonctionnement optimal des MSC.
«Cette innovation pourrait potentiellement conduire à des appareils portables plus compacts et économes en énergie, notamment des capteurs autonomes, des dispositifs portables et d’autres applications de l’Internet des objets.» a indiqué Frank Niklaus, professeur de micro et nanosystèmes à KTH.
La nouvelle méthode développée par l’équipe suédoise répond à deux défis majeurs dans la fabrication de ces dispositifs. Les performances d’un micro-supercondensateur sont largement déterminées par leurs électrodes, qui stockent et conduisent l’énergie électrique. Par conséquent, il est nécessaire d’augmenter la surface des électrodes et de créer des canaux nanométriques pour faciliter le transport rapide des ions.
«Notre recherche aborde ces deux défis grâce à la technologie d’impression 3D utilisant des impulsions laser ultrabrèves.» a expliqué Po-Han Huang, co-auteur de l’étude à KTH. Leur approche novatrice permet une fabrication rapide et précise d’électrodes dotées de nombreux canaux ouverts, maximisant ainsi la surface et accélérant le transport des ions.
Un processus de fabrication inédite
Les chercheurs ont découvert que les impulsions laser ultrabrèves peuvent induire deux réactions simultanées dans l’hydrogène silsesquioxane (HSQ), un matériau précurseur semblable au verre. La première réaction entraîne la formation de nanoplaques auto-organisées, tandis que la seconde convertit le précurseur en verre riche en silicium, qui constitue la base du processus d’impression 3D.
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Pour démontrer l’efficacité de leur approche, l’équipe a imprimé en 3D des micro-supercondensateurs qui ont maintenu de bonnes performances même lors de cycles de charge et de décharge très rapides. Cette réussite démontre le potentiel de la méthode pour la production de dispositifs de stockage d’énergie hautement efficaces.
« Nos résultats représentent un bond en avant significatif dans la microfabrication, avec de larges implications pour le développement de dispositifs de stockage d’énergie haute performance » a souligné Po-Han Huang. Au-delà des MSC, cette approche offre des applications potentielles passionnantes dans des domaines tels que la communication optique, les capteurs nano-électromécaniques et le stockage de données optiques 5D.
Les implications sont également importantes pour les technologies actuellement d’usage courant. Les super-condensateurs non micro sont déjà utilisés pour collecter l’énergie générée lors du freinage, stabiliser l’alimentation électrique dans l’électronique grand public et optimiser la capture d’énergie dans les énergies renouvelables. « Les micro-supercondensateurs ont le potentiel de rendre ces applications plus compactes et efficaces. » a conclu Frank Niklau.
Article : « 3D Printing of Hierarchical Structures Made of Inorganic Silicon-Rich Glass Featuring Self-Forming Nanogratings » – DOI: 10.1021/acsnano.4c09339
Légende illustration : Représentation du processus d’impression 3D et des supercondensateurs qui en résultent. Crédit : ACS Nano
