Article paru Microbatteries
Plus petites et encore plus performantes !
Le CEA Liten a adapté la technique de photolithographie à la production de microbatteries. Ce processus permet de réduire d'un facteur 100 les dimensions de ces dernières. Un démonstrateur, associant une matrice de 16 microbatteries fournissant une tension de 50 volts et un switch RF, a été testé avec succès.
Afin d'alimenter un interrupteur destiné à être intégré dans des téléphones portables de nouvelle génération, le CEA cherchait à concevoir un dispositif de très petites dimensions, capable de fournir une tension de quelques dizaines de volts. Le laboratoire des sources d'énergie miniatures du Liten a relevé le défi. En rendant compatible la fabrication des microbatteries avec le procédé de photolithogravure, l'équipe est parvenue, pour la première fois, à réaliser une matrice de 16 batteries montées en série, sur une surface totale inférieure au millimètre carré. Alors que les microbatteries produites par les méthodes classiques contiennent, entre autres, des électrolytes liquides nécessitant d'encombrants packaging pour éviter les fuites, ici, l'absence de liquide permet de réduire d'un facteur 100 les dimensions des batteries. “Utilisé en microélectronique, le procédé de photolithogravure consiste à déposer sur un substrat de silicium des couches métalliques successives, lesquelles sont ensuite traitées chimiquement pour former les électrodes et l'électrolyte de la microbatterie”, explique Raphaël Salot. Avant de parvenir à ce résultat, les chercheurs ont dû adapter les chimies de gravure et de protection des matériaux : “Nous devions trouver des produits qui soient capables de graver efficacement et spécifiquement les métaux présents dans les microbatteries.” Au final, le processus de fabrication est compatible avec un environnement standard de salle blanche. Toutes les étapes se déroulant à des températures inférieures à 200°C, les microbatteries peuvent être fabriquées directement sur les circuits intégrés, sans risquer d'en dégrader le fonctionnement ou les performances. De plus, les batteries peuvent être connectées en série directement pendant leur fabrication, sur une même plaque de silicium. En collaboration avec le Léti, la matrice de 16 batteries a été associée à un switch à haute fréquence. “Les résultats des essais menés sur ce démonstrateur sont concluants : non seulement la batterie a fait fonctionner le switch mais sa durée de vie est comparable à celle de ce dernier, soit un minimum d'un million de cycles.” Ce développement ouvre des perspectives prometteuses dans l'industrie, notamment pour remplacer les piles boutons apposées sur les circuits intégrés dans le but de sauvegarder des données en cas de défaillance de la batterie principale. Autre débouché d'avenir : l'alimentation en énergie des horloges internes des ordinateurs, ou des capteurs autonomes, dans lesquels les microbatteries pourraient être couplées à un système de récupération d'énergie (solaire, gradient thermique...).
