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Anthony Valero

Fonctionnalisation d’électrodes de silicium nanostructuré par couches nanométriques de diélectrique par ALD : une protection active versatile pour des micro-supercondensateurs ultra-stables en milieux aqueux

Publié le 21 janvier 2020
Thèse soutenue le 21 janvier 2020 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Électrochimie

Résumé :
Ces dernières années, l’électronique portable connait un véritable essor, et envahit notre environnement. Le progrès technologique dans le domaine de la microélectronique a permis la réduction conséquente des dimensions des composants électroniques et ouvert des possibilités de mise en réseau et de contrôle jusqu’alors impossible. La question de l’alimentation en énergie est primordiale pour ces réseaux et leur déploiement n’est possible à condition de garantir leur autonomie énergétique. La production autonome d’énergie est souvent privilégiée pour que les microsystèmes soient capables de s’alimenter librement en énergie d’origine mécanique, thermique ou solaire. De telles sources de production restent intermittentes et c’est en miniaturisant les dispositifs de stockage que leur autonomie réelle leur sera envisageable. Pour répondre à ces besoins en sources d’énergie stables et miniaturisables, des micro-batteries ont été développées en parallèle des progrès conséquents du domaine des accumulateurs électrochimiques secondaires. Les micro-batteries souffrent néanmoins de limitations intrinsèques qui se voient exacerbées à échelle micrométrique. Elles se voient donc peu à peu remplacées ou combinées ces dernières années avec des unités de stockage de type supercondensateur désigné sous le terme « micro-supercondensateur » (souvent abrégé MSC) car utilisé à l’échelle microscopique. Ces travaux de thèse proposent de confronter une solution pour micro-supercondensateurs, les nanostructures de silicium aux nouveaux enjeux du stockage de l’énergie. Un état des lieux de la technologie sera tout d’abord proposé avec la mise en évidence de faiblesses majeures. Une étude électrique fondamentale permettra ensuite de comprendre le fonctionnement d’une protection électrochimique mise en place historiquement. Les nanostructures de silicium seront ensuite ouvertes au fonctionnement en électrolyte aqueux, l’une de leur faiblesse principale. Ces avancées permettront la résiliation d’un matériau composite capable de performances capacitives jamais atteintes pour un polymère conducteur. Enfin, la collaboration avec le groupe Elkem Silicon Materials permettra de préparer cette technologie aux nouveaux enjeux du stockage en micro-dispositifs avec l'augmentation substantive des capacités de production disponibles à l'échelle laboratoire.

Jury :
Rapporteur : Thierry Brousse
Rapportrice : Liliane Guerlou-Demourgues
Examinateur : François Tran Van
Examinateur : Jean-Claude Lepêtre
Examinateur : Éric Lafontaine
Examinateur : Dorian Gaboriau
Sous la direction de Said Sadki et de Pascal Gentile

Mots clés :
Micro-supercondensateurs, Polymères conducteurs, Électrolytes aqueux, Diélectriques, Fonctionnalisation, Déposition par couche atomique