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Des micro-batteries sur une puce pour des capteurs portables

micro-batteries sur circuit imprimé
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Les capteurs mesurent les changements de conditions et transmettent les données par voie électronique, par exemple pour chauffer une chambre ou refroidir un réacteur nucléaire. Les capteurs dotés de microcircuits sont omniprésents dans les réseaux actuels. Selon certaines estimations, dix mille milliards de capteurs circuleront dans le monde d’ici à 2030. Les capteurs ultra-petits sont alimentés par leurs homologues : les micro-batteries. Le rythme de la miniaturisation et de ses applications s’accélère, tout comme le besoin de batteries de capteurs toujours plus petites et capables de durer toute une vie.

Kristofer Pister, professeur de génie électrique et d’informatique, dirige des recherches visant à intégrer des micro-batteries directement dans les circuits des capteurs, fournissant ainsi une source d’énergie intégrée au lieu d’une source externe. Cette technologie pourrait permettre de réduire la taille des cartes de circuits imprimés afin que le capteur, le microprocesseur et la batterie ne forment qu’une seule unité capable de communiquer avec l’internet.

Le programme Bakar Fellows soutient effectivement ses travaux en cours. Des travaux visant à fabriquer et à imprimer des micro-batteries dans le circuit du capteur lui-même. Son post-doctorant, le Dr Anju Toor, qui a mis au point un processus de conception et de fabrication de batteries permettant d’imprimer des batteries de grande capacité, réalise une grande partie de ces travaux.

D’autres caractéristiques qui rendent ce concept de batterie à l’intérieur d’un capteur attrayant pour l’industrie

L’exigence numéro un pour les batteries est la connectivité. Il faut que les données soient acheminées là où elles doivent l’être. Vous devez toutefois le faire de manière fiable. Les micro-batteries que développées par le Dr Anju Tor contiennent beaucoup d’énergie dans un boîtier plus petit. Elles sont également plus légères que les batteries actuelles et moins chères à produire. Leur fabrication fait appel à la même technologie de fabrication et d’impression de circuits déjà utilisée pour fabriquer des billions de puces.

En termes de taille, les piles auront l’épaisseur de trois feuilles de papier.

Mode de fonctionnement des micro-batteries

Les circuits sont imprimés au pochoir dans les cavités de la tranche de silicium. Vous pouvez vous imaginer que c’est comme graver des micro-tranchées dans la tranche de silicium. C’est le même principe que pour la fabrication de t-shirts sérigraphiés. Vous avez ainsi un motif avec des trous dans certaines zones et pas dans d’autres. Les boues d’électrodes sont disposées dans les cavités dessinées.

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Domaines d’applications possibles des micro-batteries

Le soutien du programme Bakar Fellows vise à amener la technologie au point de commercialisation. Jusqu’à présent, les micro-batteries standard servent à alimenter les capteurs. Des sources d’énergie intégrées seraient très utiles pour soutenir des applications allant des plus grandes raffineries de pétrole aux appareils médicaux dans les cliniques et à domicile, et pour le suivi de la santé personnelle.

Elles fonctionneraient très bien pour les « wearables », où le confort et l’apparence sont importants. Pour ne citer qu’un exemple, elles sont tout à fait adaptées à des applications telles que les bandages intelligents. Des bandages qui permettent de surveiller la cicatrisation des plaies en évaluant le processus de guérison de l’environnement de la plaie. Cette conception de batteries dans une puce fera partie de dispositifs dans toute la gamme des espaces commerciaux.

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