En la carrera hacia la miniaturización, un equipo franco-estadounidense, en el que participan principalmente investigadores del CNRS, Université de Lille, Université de Nantes y Argonne National Laboratory EE. UU. Como parte de la Red de investigación sobre almacenamiento de energía electroquímica RS2E 1-ha logrado mejorar la densidad de energía de una batería recargable sin aumentar su tamaño limitado a unos pocos milímetros cuadrados en sensores móviles. Esta hazaña se logró mediante el desarrollo de una estructura 3D hecha de microtubos, el primer paso hacia la producción de una microbatería completa.Los primeros experimentos han demostrado la excelente conductividad del electrolito sólido de la batería, cuyo desempeño altamente alentador se publica en la revista Materiales energéticos avanzados el 11 de octubre de 2016.
En la era de los dispositivos conectados, los microsensores conectados inteligentes requieren fuentes de energía integradas en miniatura con una gran densidad de energía. Para microbaterías planas o ultradelgadas, una mayor densidad de energía significa el uso de capas de materiales más gruesas, lo que tiene limitaciones obvias. Un segundo método-usado por los autores de la publicación- consiste en mecanizar una oblea de silicio2 y producir una estructura 3D original hecha de microtubos simples o dobles.Las baterías 3D mantienen su área de huella de 1 mm2, pero desarrollan un área específica de 50 mm2 -un factor de mejora de 50Estos robustos microtubos son lo suficientemente grandes del orden de la micra para ser cubiertos con múltiples capas de materiales funcionales3.
El principal desafío tecnológico consistió precisamente en depositar los diferentes materiales que componen la batería recargable en capas finas y regulares sobre estas complejas estructuras 3D. Utilizando la tecnología de punta de Atomic Layer Deposition ALD, los materiales asumieron perfectamente el 3Dforma de la plantilla sin bloquear las estructuras del tubo. De esta manera, los investigadores crearon una película delgada aislante, un colector de corriente, un electrodo negativo y un electrolito sólido. Los diversos análisis y caracterizaciones nanotomografía de rayos X sincrotrón y microscopía electrónica de transmisión4muestran que las sucesivas capas son de excelente calidad, mostrando una conformalidad cercana al 100%. Las interfaces son limpias sin interdifusión entre los diferentes elementos químicos, sin poros, grietas o fisuras detectadas.
El fosfato de litio, el electrolito de esta futura microbatería 3D, está en forma sólida5. Después de depositarlo con la misma tecnología ALD, los investigadores demostraron que tiene una ventana de alta estabilidad electroquímica 4,2 V, alta conductividad iónica y bajo espesor 10 a 50 nm, lo que genera una baja resistencia superficial, todo lo cual es muy alentador para el rendimiento futuro de la batería 3D.
El siguiente paso consistirá en utilizar ALD para desarrollar películas delgadas de materiales de electrodos positivos con el fin de crear los primeros prototipos 3D funcionales, que sin duda ofrecerán un rendimiento mucho mayor que las microbaterías planas actuales.
Esta investigación ha involucrado a investigadores del Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie CNRS / Université de Lille / Isen Lille / Université Valenciennes Hainaut-Cambresis / Ecole centrale de Lille, la Unité detalyze et de chimie du solideCNRS / Université de Lille / ENSV Lille / Ecole centrale de Lille / Université Artois, el Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel CNRS / Université de Nantes, el Laboratoire réactivité et chimie des solides CNRS / Université Picardie Jules Verney el Laboratorio Nacional Argonne en los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por CNRS Délégation Paris Michel-Ange . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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