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L'électrodéposition d'oxyde de ruthénium sur des substrats interdigités pour le microstockage d'énergie.

Armstrong, Kevin (2014). L'électrodéposition d'oxyde de ruthénium sur des substrats interdigités pour le microstockage d'énergie. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 178 p.

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Résumé

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Le développement de circuits intégrés nécessitant de faibles puissances d'alimentation (comme les senseurs, les microprocesseurs ou les puces de communications mobiles) ont fait augmenter la popularité des réseaux de capteurs sans-fil dans de nombreuses applications comme le transport, la médecine, l'environnement et la sécurité publique. Conséquemment, la demande pour des sources énergétiques compactes intégrées à la vicinité du circuit électronique qu'elles alimentent et pouvant opérer dans diverses conditions a explosé. Les microsupercondensateurs( µ-SC) peuvent jouer ce rôle, avec leur grande réversibilité du stockage de charges, leurs taux de charges et de décharge élevés et leur durée de vie substantielle (de quelques dizaines de milliers de cycles). Une avenue intéressante pour fabriquer de tels dispositifs de stockage est l'utilisation de microélectrodes interdigitées planes, fabriquées selon des techniques de photolithographie conventionnelles sur silicium et pouvant supportées un matériau pseudocapacitif. Dans cette étude, le dioxyde de ruthénium hydraté (RuOx.nH20 ou hRu02) a été sélectionné pour remplir ce rôle, dû à ses propriétés exceptionnelles. De surcroît, le hRU02 peut être électrodéposé sur des substrats de formes géométriques diverses, alors que déjà plusieurs techniques versatiles ont été identifiées dans la littérature. Bien que le prix du ruthénium puisse être considéré comme un obstacle, les faibles quantités utilisées sur chaque microdispositif ne représentent qu'une portion marginale de son coût total. Le principal défi des µ-SC de prochaine génération est de combiner une puissance et une énergie élevées. Les microélectrodes planaires interdigitées aux paramètres géométriques optimisés y contribuent en maximisant la puissance d'un µ-SC par l'abaissement de sa constante de cellule. La densité d'énergie du matériau actif qu'on y dépose varie également par rapport à ses dimensions et de la technique de déposition. De toutes celles existantes, c'est l'électrodéposition qui demeure la plus simple à mettre en place et à exécuter pour adjoindre à des substrats performants cet excellent candidat qu'est le hRu02, en tenant compte des contraintes citées plus tôt. Elle est également rapide et peu onéreuse. Cette étude a conduit au développement d'lm protocole d'électrodéposition novateur par voltampérométrie impulsionneIle. La résolution spatiale suffisante de celui -ci permet d'obtenir les microdispositifs interdigités visés. L' étude des impacts de la nature de la couche métallique du substrat, de certains paramètres de déposition clés et des traitements post-déposition sur les performances permet leur maximisation. L'adjonction du travail des deux équipes de recherche a été essentielle au projet. L'aspect de l'optimisation du stockage énergétique fait l'objet de cet ouvrage, tandis que l'augmentation de la puissance via la configuration et la fabrication des systèmes interdigités est l'apanage des collaborateurs du LAAS-CNRS. Ultimement, le travail des deux équipes de recherche a permis la fabrication de microdispositifs planaires interdigités sur titane au pouvoir de stockage énergétique de cellule élevé (environ 8 mF.cm-2 et 1 x 10-2 Wh.cm-3), présentant des temps caractéristiques de réponses très faibles (environ 20 ms) et des puissances impressionnantes (environ 3 x 102 mW.cm-2 et 3 x 103 W.cm-), des valeurs parmi les meilleures rapportées à ce jour dans la littérature pour des rnicrodispositifs de stockage énergétique.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Guay, Daniel
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: électrodéposition d’oxyde; ruthénium; substrat interdigité; microstockage d’énergie; hRuO₂; voltampérométrie
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 04 déc. 2014 21:36
Dernière modification: 06 nov. 2015 18:40
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2423

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