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WO2019170889A1 - Method for producing electrodes on a substrate and the devices comprising said electrodes - Google Patents

Method for producing electrodes on a substrate and the devices comprising said electrodes Download PDF

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Publication number
WO2019170889A1
WO2019170889A1 PCT/EP2019/055910 EP2019055910W WO2019170889A1 WO 2019170889 A1 WO2019170889 A1 WO 2019170889A1 EP 2019055910 W EP2019055910 W EP 2019055910W WO 2019170889 A1 WO2019170889 A1 WO 2019170889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
precursor
electrode
active material
solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/055910
Other languages
French (fr)
Inventor
Patrice Simon
Pierre-Louis Taberna
Kevin BROUSSE
Angélique GILLET
Tuan Son NGUYEN
Sébastien PINAUD
Bruno Chaudret
Marc Respaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse INSA
Universite de Toulouse
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse INSA
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse INSA, Universite Toulouse III Paul Sabatier filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of WO2019170889A1 publication Critical patent/WO2019170889A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66Current collectors
    • H01G11/68Current collectors characterised by their material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/26Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H01G11/28Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/46Metal oxides
    • HELECTRICITY
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    • H01G11/84Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Definitions

  • the invention aims to meet the identified needs concerning sources of electrical energy in nomadic and flexible electronic devices, such as micro-supercapacitors on flexible substrate.
  • An object of the invention is to provide a method for manufacturing micro supercapacitors integrated, including flexible media, which meets the needs in terms of storage and electric power source.
  • microelectronics techniques include deposition methods (physical methods such as cathodic sputtering or laser ablation, or chemical "CVD” and derivatives), and lithography, mask and etch microfabrication techniques.
  • the electrodes must have the characteristics of a capacitive and / or pseudocapacitive material and good electrical percolation.
  • the majority of capacitive and / or pseudocapacitive electrode materials are embedded on rigid and flexible substrates by electrodeposition. Even though such a method allows a control of the deposited thicknesses by adjusting the deposition time, the wet manufacturing techniques have a significant variability of the deposition conditions over time.
  • the aging of electrolytic baths in contact with the air, the increase of impurities in suspension and the variation of the concentrations of the various elements of the bath require a regular control of the chemistry of these baths or even their replacement. All of these constraints significantly increase the manufacturing process.
  • Some oxides can be deposited by ALD ("atomic layer deposition"), a micro-manufacturing technique well known in the semiconductor industry.
  • ALD atomic layer deposition
  • the thicknesses of electrodes thus manufactured are limited to a few hundred nanometers and do not allow to reach high densities of surface energy (pWh per cm 2 ).
  • Direct laser writing from metal precursors by exposure to laser radiation of high power density is a process initially developed in the microelectronics sector to meet the need for localized deposition.
  • This technique makes it possible in particular to metallize a surface locally at a micrometric scale without altering the unexposed areas, and without resorting to techniques based on physical masks.
  • the technique has naturally developed for the realization of conductive metal tracks (Cu, Ag, Au, ). It was then opened to other types of materials (functional oxides, mole material, biological materials) and applications including flexible electronics.
  • ELD consists of irradiating a previously deposited material in the form of a film on a substrate. It usually includes 4 main steps:
  • composition may be derived from exclusively commercial products or require a preliminary stage of chemical synthesis
  • the parameter regulating mainly these phenomena is the density of energy (J.cm 2 ). This will depend on the laser power density, the spot size, the scanning speed, the overlap ratio between two contiguous passages.
  • the direct laser writing manufacturing method allows the localized deposition of thin layers of materials.
  • the laser beam makes it possible to locally activate the deposition from a chemical precursor of the material.
  • the precursors used are of commercial origin, deposited by the technique of spin-coating (spinette) and drop deposition.
  • the scanning of the laser makes it possible to produce the desired patterns with a micrometric resolution.
  • direct laser writing offers great flexibility in terms of electrode geometry, thanks to the control of the sample table by computer.
  • steps 2 and 3 It is possible to combine steps 2 and 3, with a localized precursor deposit at the laser exposure point. More recently, the techniques “Laser induced forward transfer” (LIFT) or “Laser Direct Write Add Forward Forward Transfer” (LDW + FT) have appeared. The laser allows the transfer of material from one "donor” substrate to an "acceptor” substrate. These developments offer the possibility of making 3-dimensional patterns or transfer in mild conditions without chemical modification, such as for example the transfer of living organisms.
  • LIFT Laser induced forward transfer
  • LDW + FT Laser Direct Write Add Forward Forward Transfer
  • the present invention relates to a method for producing an electrode on a substrate, said method comprising:
  • step (ii) a step of depositing a precursor of an active material for the electrochemical storage of energy, said precursor being dispersed in a solvent, on said layer obtained in step (i);
  • the method according to the invention makes it possible to promote the adhesion of active material in powder form, and thus makes it possible to deposit an active material in powder form on a substrate, in particular a flexible substrate, said substrate being devoid of conductive layer.
  • This process is therefore distinguished from processes comprising the deposition of a gold layer on a substrate.
  • the use of a gold precursor does not cause the metallization of the substrate but makes it possible to prepare a two-layer film (in particular by spin-coating), which under laser irradiation generates the growth of the material to deposit on the substrate, accompanied by the formation of gold nanoparticles that migrate into the deposit.
  • the direct laser writing of powders does not make it possible to obtain homogeneous and adherent deposits on a polymer substrate.
  • the invention therefore provides a process for preparing a bilayer comprising the active material and the gold precursor.
  • said substrate is an electronic insulating substrate, in particular a flexible substrate, of polyimide type.
  • the substrate is a polyimide sheet such as a Kapton TM sheet.
  • the substrate may optionally comprise an intermediate layer previously deposited on said substrate. Typically, it may be a tie layer and / or a conductive layer, such as a layer of Pt, Au or Ti / Au. This layer may be deposited by evaporation, especially in the form of an interdigitated pattern, as a current collector.
  • the term “flexible substrate” denotes said bare substrates, as well as substrates possibly covered with such a conducting layer of Pt, Au or Ti / Au.
  • the film deposition of the gold precursor of step (i) may be carried out by spin-coating (or spinning), by means of a dispersion of the gold precursor in a solvent or mixture of solvents.
  • a gold salt optionally hydrated, such as HAuCl 4 .3H 2 0.
  • solvents there may be mentioned THF (tetrahydrofuran), acetone, dimethylsulfoxide, dioxane, dioxolane, dimethylformamide, methyl formate, nitromethane, dichloromethane or N-methylpyrrolidone or mixtures thereof.
  • the suspension of the gold precursor comprises a binder, such as cellulose, especially in the form of cellulose acetate.
  • a binder such as cellulose, especially in the form of cellulose acetate.
  • the cellulose acts as a binder and also makes it possible to amplify the thermal decomposition reaction of the precursor under the laser beam.
  • the film typically comprises a precursor of material in the presence of a binder (for example cellulose acetate) which also acts as a thermal amplifier.
  • a binder for example cellulose acetate
  • the passage of the laser locally causes a thermally activated chemical reaction, which depending on the nature of the deposit involves the decomposition of the precursor, a change of oxidation state, and / or the formation of carbon-based by-products.
  • Cellulose acetate exalts the thermal decomposition reaction.
  • the concentration of the gold precursor in the dispersion is between 70 and 90% (w / v, based on the weight of the precursor).
  • step (ii) is carried out by means of a dispersion of a precursor of active material in a solvent or mixture of solvents.
  • solvents suitable for the precursor dispersion of the active material mention may be made of THF.
  • a precursor of active material there may be mentioned in particular a metal precursor which under laser irradiation decomposes into said metal, or an oxidized metal precursor.
  • transition metals and their oxides such as RU0 2 , NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, SnO 2 , Nb 2 0 5 ; carbon and carbides such as Ti 3 C 2 in particular; nitrides and carbonitrides of transition metals, where x denotes the degree of oxidation of the metal in question.
  • transition metals and their oxides such as RU0 2 , NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, SnO 2 and Nb 2 O 5 .
  • transition metal precursors mention may be made of the hydrated forms of the aforementioned oxides.
  • Ru0 2 .1, 8 H 2 0 can be used as precursor of the active material.
  • RuO 2 is indeed particularly interesting: It has high theoretical gravimetric capacities (1450 Fg 1 ). Even though the cost of RuO 2 remains high compared with other oxides, the amounts present in microelectrodes are less than 1 mg.cm 2 , thus making it possible to considerably reduce the cost relative to the device surface manufactured.
  • the film obtained in step (ii) consists of a hydrate of RuO 2 and / or of carbon or MXenes, more particularly of a hydrate of RUO 2
  • step (ii) is carried out by “spin-coating", “dip-coating” or by “spray” or drop deposition techniques by means of said dispersion.
  • the irradiation step (iii) is carried out by ELD of a precursor containing a metal which, under irradiation, decomposes and oxidizes or a precursor of the already oxidized metal, to the degree of oxidation allowing storage of energy through a change of oxidation state throughout the working potential window of the electrode.
  • the irradiation can be carried out with a continuous laser with a power of less than or equal to 285 mW, for a spot size of 20-40 ⁇ m, ie a power density of less than or equal to 50 - 230 W mm 2 .
  • the wavelength is 405 nm.
  • the write speed is between 0.01 mm.s 1 and 10 mm. s 1 .
  • step (iii) the laser writing of this two-layer of two different materials can be performed in a single laser writing step, the irradiation leading to a composite layer comprising gold and said active material , adherent to the surface of the substrate.
  • Step (iv) consists of washing out the undecomposed material after laser writing.
  • the washing may typically be carried out with a solvent or a mixture of solvents, chosen from, in particular, acetone and / or ethanol.
  • the method according to the invention thus constitutes an alternative and simplified approach to conventional approaches generally used, to obtain high capacity and good adhesion.
  • the present invention relates to an electrode that can be obtained according to the production method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is composed of a bilayer mainly composed of gold, then of active material deposited on said substrate.
  • the present invention also relates to the method of manufacturing an electronic micro-device comprising an electrode on a substrate, said method comprising the step of producing said electrode on said substrate according to the invention.
  • micro-supercapacitors As a micro-device, there may be mentioned micro-supercapacitors.
  • the present invention also relates to a micro supercapacitor capable of being manufactured by the method according to the invention.
  • the micro-supercapacitor comprises:
  • a flexible substrate said substrate being covered with a layer of composite material comprising gold, RuO 2 and Ru metal.
  • the micro-supercapacitor comprises:
  • an electrode deposited on said substrate said electrode comprising a composite layer comprising gold, RuO 2 and Ru metal, and
  • Figure 1 shows schematically the process for manufacturing micro-supercapacitors flexible laser writing Ru0 2 hydrated commercial.
  • HAuCl 4 .3H 2 O / cellulose acetate is spin coated (1) on a bare Kapton TM sheet, followed by RuO 2 ⁇ xH 2 O (2).
  • the shaping of the film thus deposited in an interdigitated electrode pattern is then performed (3).
  • Au / RuO 2 deposition on Kapton TM nu hereinafter referred to as Kapton TM / Au / RuO2
  • Kapton TM / Au / RuO2 is then washed with acetone and ethanol (4) to reveal the energy storage device and clean the surface of all its impurities.
  • Figure 2 shows the diffractogram obtained for a Kapton TM / Au / Ru0 2 electrode.
  • Figure 3 shows (A) SEM images of (A) the surface and (B) cross section of a Kapton TM / Au / Ru0 2 electrode. (C) Zoom on the growth in rods in top view and (D) in transverse section on the Au adhesion layer covered with the layer of active material Ru0 2 .
  • Figure 5 illustrates the preparation of laser-interdigitated micro-supercapacitors of HAuCL and Ru0 2 .xH 2 0 on a Kapton TM sheet.
  • the unitary patterns have an approximate size of 1cm x 1cm.
  • Figure 6 illustrates different micro-supercapacitor geometries obtained by the laser writing method.
  • the dimensions of the patterns are of the order of 1 cm.
  • Figure 7 shows (A) Voltammogram recorded at 5 mV.s 1 and (B) Nyquist diagram obtained for a Kapton TM integrated micro-supercapacitor.
  • Figure 8 illustrates (A) cyclic voltammetries and (B) evolution of the capacity of the flexible supercapacitor micro at scan rates of 0.005 to 1 Vs 1 .
  • Figure 9 illustrates the capacity retention of the flexible micro-supercapacitor during 10000 cycles.
  • Figure 10 shows the galvanostatic charge / discharge curves obtained for a flexible Au / Ru0 2 micro-supercapacitor.
  • Figure 11 illustrates the growth of a Ru0 2 deposition prepared by laser writing of a HAuCl 4 .3H 2 O -cellulose acetate / RuO 2 powder film.
  • Figure 12 shows the absorbance of the HAuCI 4 .3H 2 0 solution - cellulose acetate dissolved in THF. The absorbance of the energy of the laser by HAuCI 4 ⁇ 3H 2 0 explains the key role of this compound in the production of electrodes adherent to the surface of the flexible substrate.
  • the deposition of the precursors was carried out by the spin-coating technique.
  • the laser engraving was carried out with the Dilase 250 equipment marketed by KLOE.
  • the control software includes the ability to create drawings via the integrated software, or import them after definitions from microelectronics design software (GDS format ).
  • Example 1 (Comparative) Deposition of a monolayer on a Kapton TM flexible substrate previously covered with a current collector (Au / Ti / Kapton TM)
  • the ruthenium of commercial origin that is to say the Ru0 2 ⁇ xH 2 O powder from Sigma Aldrich, is deposited directly in its oxidized Ru (+ IV) form on the polymer ,.
  • the size of RuO 2 particles is estimated at 0.2 ⁇ m by dynamic light scattering (DLS).
  • ATG analyzes made it possible to estimate the composition at Ru0 2 .1, 8H 2 0.
  • the method for manufacturing the flexible electrodes is as follows: 15 mg of RuO 2 .1, 8H 2 O are dispersed under ultrasound for 10 min in 0.5 mL of a mixture of cellulose acetate / THF (Ru / cellulose acetate ratio) set at 60% by mass) then spun on Kapton TM / Ti / Au (500 "rpm", 30s). The ELD of the film is then made, and the parts that are not exposed to the laser are removed during an acetone wash and ethanol. It turns out that the deposit is very inhomogeneous and sparse, testifying to the poor adhesion of the deposit on the flexible support.
  • a Kapton TM / Ti / Au / Ru0 2 electrode is prepared by laser writing of a film obtained by spin coating a solution of HAuCl 4 .3H 2 O / cellulose acetate / THF followed by a coating of a solution of RuO 2 .xH 2 O / THF on a Kapton TM substrate covered with a Ti / Au collector (deposited by evaporation). This one delivers a capacity of 414 mF.cm 2 .
  • the bilayer is made on a Kapton film previously covered with an interdigitated Au / Ti / polyimide pattern:
  • the deposition in spin-coating (spinning) of the two layers is carried out in two steps: initially, 27 mg of HAuCl 4 .3H 2 O (Sigma Aldrich) are dispersed in 0.5 mL of cellulose acetate / THF mixture , then sputtered (thickness 2.4 ⁇ 0.6 ⁇ m according to the profilometer measurements). Then, in a second step, 15 mg of RUO 2 .XH 2 0 are ultrasonically dispersed in 0.5 mL of THF, and are in turn deposited by spin-coating and drop deposit.
  • the spin-coating parameters are: rotation at a speed of 500 "rpm" for 30s, and an acceleration of 500 "rpm" .s 1 ).
  • the thickness of the deposited film is estimated at 55 ⁇ 5 ⁇ m under a 3D microscope).
  • the amount of RuO 2 present in the film is determined by "ICP” assay of ruthenium. A mass content of 2.05 mg.cm 2 is obtained.
  • the ELD of the film is performed at a power of 182 mW and a write speed of 1 mm. s 1 .
  • Optical microscopic observation of the electrode prepared from the precursor bilayer (Au and RuO 2 ) reveals that the deposition is homogeneous and dense in comparison with that obtained previously (Example 1) without the HAUCI precursor layer 4 . 3H 2 0 in cellulose acetate. This confirms that the introduction of the gold salt in the formulation of the electrode therefore allows a better grip of the electroactive material, and leads to more homogeneous electrodes.
  • the nature of the electrode is verified by XRD.
  • Example 2 It is made according to Example 2 from an uncoated Kapton TM substrate.
  • the electrodes obtained are evaluated as follows:
  • the electrochemical behavior of the Au / RuO 2 flexible electrodes is then evaluated in a three-electrode cell by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy in 1 MH 2 SO 4 medium.
  • the current delivered by the substrate represented by diamonds
  • the electrochemical signature of Ru0 2 is clearly identifiable, with however a limitation of the anodic current to the potentials. negative.
  • the capacitive behavior of the electrode is confirmed by electrochemical impedance spectroscopy.
  • On the Nyquist diagram obtained at the quiescent potential (“EOCV" +0.185 V), we observe a vertical line at low frequencies, characteristic of a capacitive behavior of the electrode.
  • the capacity of the electrode is maximum at 0V vs Hg / Hg 2 S0 4 . Since the addition of gold salt makes it possible to hang more Ru0 2 during the writing, it is expected that the amount of HAuCI 4 .3H 2 O affects the amount of RuO 2 deposited, and therefore on the surface capacitance of the flexible electrodes delivered. Thus, different masses of HAuCl 4 .3H 2 O are dispersed in 0.5 mL of the cellulose acetate / THF mixture and spun onto the substrate. The concentrations used are 14, 30, 60 and 120 mg.mL-1 (the deposit no longer adheres to more than 120 mg.mL-1).
  • a fixed mass of 15 mg of commercial RuO 2 is dispersed in 0.5 mL of THF and deposited in turn (same protocol as before).
  • the electrodes thus prepared are then tested in H 2 S0 4 medium by cyclic voltammetry in a three-electrode configuration. On voltammograms obtained at 20 mV.s 1 for the four electrodes, it is noted that regardless of the gold salt content of the deposited film, the RuO 2 signature is retained. However, a significant increase in capacitive current is observed for a gold salt content of 80% by weight (mixture of gold salt and cellulose acetate). To understand this increase in capacity, four electrodes are prepared with the same gold salt content of the films deposited by spin-coating, but without introduction of Ru0 2 .xH 2 0. The capacity delivered by the electrodes is then taken under the same conditions
  • the capacities delivered by the electrodes not containing Ru0 2 are very low and increase slightly with the amount of gold salt deposited by spin-coating (from 3.7 mF.cm 2 for a concentration of 14 mg.mL 1 to 7.3 mF.cm 2 for 120 mg.mL 1 ).
  • the capacities recorded for Au / Ru0 2 electrodes (solid symbols) are conversely very high (from 122 mF.cm 2 to 414 mF.cm 2 ).
  • the capacity values delivered are very similar for gold salt contents ranging from 32% by mass to 67% by mass, while a sharp increase is observed for a content of 80% by mass (more than three times the recorded capacity at lower gold salt contents).
  • the optical microscope images reveal a denser surface / deposit, which reinforces the previous observations concerning the increase of the adhesion of RU0 2 in the presence of HAuCl 4 .3H 2 0.
  • the quantification of the RuO 2 present in the electrodes after writing is carried out by "ICP" assay of the ruthenium.
  • ICP assay of the ruthenium.
  • the amount of RuO 2 varies little for gold salt contents of less than 67% by weight (from 40 to 55 pg.cm 2 of electrode) and increases drastically when 80% by mass of HAuCl 4 .3H 2 0 are introduced (277 pg.cm 2, or 5 times).
  • a gold salt concentration of 120 mg.mL 1 therefore makes it possible to deposit more Ru0 2 during the writing step.
  • the advantage of the method of manufacturing by laser writing according to the invention lies in the fact of being able to integrate Ru0 2 commercially available directly on flexible polyimide substrate with a Ti / Au layer obtained by physical evaporation. The performances are superior to those obtained until now in "LSG" / RU0 2 with an ELD methodology. In the next step, the evolved Ti / Au intermediate metal layer was removed and the entire Kapton TM ELD deposition process was optimized.
  • Example 4 Laser etching (ELD) of the two-layer deposition on Kapton TM bare film (without current collector)
  • a square pattern of 5mm x 5mm is first made to verify the properties of the integrated Kapton TM electrode material without Ti / Au collector.
  • X-ray diffraction analysis (FIG. 2) again reveals the presence of crystalline RuO 2 (P42 / mnm, JCPDS No. 00-043-1027) as well as crystalline Au (Fm3m, JCPDS No. 03- 065-2870) in the electrode.
  • ruthenium metal P63 / mmc, JCPDS No. 03-065-1863
  • an AU / RU0 2 electrode integrated on KaptonTM / Ti / Au is also noted by comparison with an AU / RU0 2 electrode integrated on KaptonTM / Ti / Au.
  • the surface of the Au / RuO 2 electrode is observed under a scanning electron microscope (FIG. 3A).
  • the deposit is conformal and highly rough over the entire surface of the substrate, and comprises growths of Ru0 2 (in the form of "trees") ( Figure 3C) resting on rods ( Figure 3A, B, C).
  • a section perpendicular to the substrate makes it possible to specify the vertical structure of the deposit.
  • Three distinct layers are formed:
  • a second layer of RuO 2 in the form of nano-rods perpendicular to the surface of average diameter 40-60 nm and height of between 200 and 450 nm. Some gold nanoparticles are scattered.
  • a third layer comprising excrescences of Ru0 2 , with a high porosity.
  • the deposit increases in the form of crystals (A) from the polyimide substrate (B) in a first porous layer and a second, denser layer (C), both containing gold under form of nanoparticles (D).
  • the substrate is not metallized (absence of gold layer), but is covered with a layer of Ru / Ru0 2 (E and F).
  • FIG. 12 illustrates that the absorbance of the THF and THF solutions containing the cellulose acetate is zero at the wavelength of the laser used (405 nm), while the addition of HAuCI 4 .3H 2 0 increases the absorbance, with or without cellulose acetate.
  • the electrochemical behavior of an Au / RuO 2 electrode without current collector is also evaluated by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy in a medium with 1 MH 2 SO 4 .
  • the electrochemical signature is conserved ( Figure 4A).
  • the capacity delivered is limited to 61 mF.cm 2 against 414 mF.cm 2 (in the presence of the current collector Au / Ti) at a scanning speed of 20mV.s 1 .
  • This reduction in capacity is attributed to an increase in the resistance caused by the absence of an underlying current collector in this example, which can be optimized later.
  • This increase in resistance is confirmed by the Nyquist diagram presented in Figure 4B. Indeed, the capacitive behavior observed at low frequencies is preserved, while a semicircle is clearly visible at high frequencies, characteristic of an increase in the resistance of the electrode. Optimization of the electrical contact of the microsystem should make it possible to minimize the effective equivalent series resistance of the device.
  • FIG. 5 is a photograph of a Kapton TM sheet on which 36 micro supercapacitors of AU / RU0 2 have been manufactured. The manufacturing method proposed here thus offers the possibility of preparing about 40 flexible micro-supercapacitors on a Kapton TM disk 10.16 cm in diameter.
  • the KIoéDesign software used to define the pattern of the device, makes it possible to prepare micro-supercapacitors of various patterns (control of the size of interdigital fingers, concentric electrodes %) as shown in the photograph shown in Figure 6.
  • the performances of a micro-supercapacitor with interdigital electrodes are then evaluated in 1 MH 2 S0 4 medium.
  • the voltammogram obtained for this flexible micro-supercapacitor (symmetrical cell) is presented in FIG. 7A.
  • the resulting curve is quasi-rectangular, confirming the pseudo capacitive storage of energy.
  • the deviation from the ideal behavior observed at the beginning of the discharge is explained by the anodic limitation observed in three-electrode configuration at negative potentials.
  • the micro-supercapacitor delivers a capacity of 27 mF.cm 2 , twice as much as the capacity delivered by a micro-supercapacitor prepared by laser engraving GO / RuCI 3 .
  • Two distinct areas are again visible on the Nyquist diagram based on the impedance values collected by EIS ( Figure 7B), with a vertical line obtained at low frequencies, and a half circle for high frequencies.
  • the diameter of the latter is about 6 Q.cm 2 and reflects a contact resistance due to the absence of Ti / Au collectors on the device.
  • the equivalent series resistance is 12 Q.cm 2 . This value is the same an order of magnitude than that obtained for Ru0 2 micro-supercapacitors integrated on silicon by Ru electroplating on carbon nanostructures.
  • the capacitance of the device decreases sharply as the scanning speed increases, reaching 16% of the initial capacity for a discharge time of 1 s.
  • the power capacity retention is unsatisfactory compared to that of the carbon-based micro-supercapacitors (eg, 73% capacity retention at 10 times higher current density for micro GER supercapacitors). Nevertheless, the faradic nature of the energy storage mechanisms involved here limits the power densities provided by the device. The cyclability of the micro-supercapacitors thus prepared is checked on 10
  • the capacity is normalized to the capacity delivered during the first cycle, and reported every 500 cycles in Figure 9. Thus, the capacity decreases rapidly and reaches 85% of the initial capacity during the first 1000 cycles, then stabilizes during the rest from experience, with a capacity retention of 78% to 10000 cycles. This decrease of 15% in the first cycles is attributed to the surface loss of RuO 2 grains which adhere less to the electrode.
  • the flexible micro-supercapacitor is also subjected to galvanostatic charge / discharge tests (Figure 10).
  • a triangular signal is observed for current densities of 0.16 mA.cm 2 at 3 mA.cm 2 , characteristic for a supercapacitor.
  • an increase in the slope is observed when the current density is higher, confirming the significant decrease in capacity for faster discharges observed during cyclic voltammetry tests.
  • the ohmic drop is manifested by a drop in cell voltage at the beginning of charge and discharge, increases from 7 mV at 0.16 mA.cm 2 to 139 mV at 3 mA.cm 2 , thus revealing an ESR of 45 Q.cm 2 - the deviation from the value of 12 Q.
  • Impedance-determined cm 2 is due to aging of the micro-supercapacitor during cycling tests as well as sampling time.
  • An integrated micro-supercapacity was therefore prepared by the laser writing technique directly on the Kapton TM, which has a capacity of 27 mF.cm 2 to 5 mV.s 1 in medium 1 MH 2 S0 4 , surpassing most micro-supercapacitors integrated on a flexible substrate. This has good stability of performance during cycling (tested up to 10,000).

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Abstract

The present invention relates to a method for producing electrodes on a substrate, in particular a flexible substrate, such that said method comprises: (i) a step of depositing a gold precursor as a dispersion in a solvent or solvent mixture on said substrate; then (ii) a step of depositing a precursor of an active material as a dispersion in a solvent or solvent mixture allowing the electrochemical storage of energy, on said layer obtained in step (i); (iii) laser irradiation of the bilayer thus produced according to the desired pattern; and (iv) removal of the non-irradiated parts of the deposit by washing. The invention also relates to the devices comprising said electrodes, such as in particular micro-supercondensers.

Description

PROCEDE D’ELABORATION D’ELECTRODES SUR UN SUBSTRAT ET LES DISPOSITIFS COMPRENANT LESDITES ELECTRODES  METHOD FOR PRODUCING ELECTRODES ON A SUBSTRATE AND DEVICES COMPRISING SAID ELECTRODES

L’invention vise à répondre aux besoins identifiés concernant les sources d’énergies électriques dans les appareils électroniques nomades et souples, tels que les micro-supercondensateurs sur substrat souple. The invention aims to meet the identified needs concerning sources of electrical energy in nomadic and flexible electronic devices, such as micro-supercapacitors on flexible substrate.

Un objet de l’invention est de fournir un procédé de fabrication de micro supercondensateurs intégrés, notamment sur supports flexibles, qui permet de répondre aux besoins en termes de stockage et de source d’énergie électrique.  An object of the invention is to provide a method for manufacturing micro supercapacitors integrated, including flexible media, which meets the needs in terms of storage and electric power source.

Les techniques classiques de micro-électronique incluent les méthodes de dépôt (méthodes physiques telles que la pulvérisation cathodique ou l’ablation laser, ou chimiques « CVD » et dérivés), et les techniques de microfabrication de lithographie, masque et gravure.  Conventional microelectronics techniques include deposition methods (physical methods such as cathodic sputtering or laser ablation, or chemical "CVD" and derivatives), and lithography, mask and etch microfabrication techniques.

Les électrodes doivent présenter les caractéristiques d’un matériau capacitif et/ou pseudocapacitif et une bonne percolation électrique. La majorité des matériaux d’électrode capacitifs et/ou pseudocapacitifs est intégrée sur substrats rigides et flexibles par électrodéposition. Quand bien même un tel procédé permet un contrôle des épaisseurs déposées en ajustant le temps de dépôt, les techniques de fabrication par voie humide présentent une variabilité importante des conditions de dépôt au cours du temps. Le vieillissement des bains électrolytiques au contact de l’air, l’augmentation des impuretés en suspension et la variation des concentrations des différents éléments du bain nécessitent un contrôle régulier de la chimie de ces bains voire de leur remplacement. L’ensemble de ces contraintes alourdissent notablement le procédé de fabrication.  The electrodes must have the characteristics of a capacitive and / or pseudocapacitive material and good electrical percolation. The majority of capacitive and / or pseudocapacitive electrode materials are embedded on rigid and flexible substrates by electrodeposition. Even though such a method allows a control of the deposited thicknesses by adjusting the deposition time, the wet manufacturing techniques have a significant variability of the deposition conditions over time. The aging of electrolytic baths in contact with the air, the increase of impurities in suspension and the variation of the concentrations of the various elements of the bath require a regular control of the chemistry of these baths or even their replacement. All of these constraints significantly increase the manufacturing process.

Certains oxydes peuvent être déposés par ALD (« atomic layer déposition »), une technique de micro-fabrication bien connue de l’industrie des semi-conducteurs. Cependant, les épaisseurs d’électrodes ainsi fabriquées se limitent à quelques centaines de nanomètres et ne permettent pas d’atteindre de fortes densités d’énergie de surface (pWh par cm2). Some oxides can be deposited by ALD ("atomic layer deposition"), a micro-manufacturing technique well known in the semiconductor industry. However, the thicknesses of electrodes thus manufactured are limited to a few hundred nanometers and do not allow to reach high densities of surface energy (pWh per cm 2 ).

De manière générale, les procédés de fabrication habituels requièrent donc un grand nombre d’étapes technologiques, des équipements et une infrastructure lourds et coûteux. Les échelles de taille visées (motifs au-dessus de 10 micromètres) et les épaisseurs d’électrodes de l’ordre du micron envisagées aujourd’hui nécessitent des procédés alternatifs moins onéreux. L’écriture laser directe (ELD) à partir de précurseurs métalliques par exposition à un rayonnement laser de forte densité de puissance est un procédé initialement développé dans le secteur de la microélectronique pour répondre aux besoins de réalisation de dépôt localisé. Cette technique permet notamment de métalliser une surface localement à une échelle micrométrique sans altérer les zones non exposées, et sans recourir aux techniques à base de masques physiques. La technique s’est naturellement développée pour la réalisation de pistes métalliques conductrices (Cu, Ag, Au, ...). Elle s’est ensuite ouverte à d’autres types de matériaux (oxydes fonctionnels, matière mole, matériaux d’origines biologiques) et d’applications dont l’électronique flexible. In general, the usual manufacturing processes therefore require a large number of technological steps, equipment and a heavy and expensive infrastructure. The size scales targeted (patterns above 10 micrometers) and the thicknesses of micron-sized electrodes envisioned today require alternative, less expensive methods. Direct laser writing (ELD) from metal precursors by exposure to laser radiation of high power density is a process initially developed in the microelectronics sector to meet the need for localized deposition. This technique makes it possible in particular to metallize a surface locally at a micrometric scale without altering the unexposed areas, and without resorting to techniques based on physical masks. The technique has naturally developed for the realization of conductive metal tracks (Cu, Ag, Au, ...). It was then opened to other types of materials (functional oxides, mole material, biological materials) and applications including flexible electronics.

L’ELD consiste à irradier un matériau déposé au préalable sous forme de film sur un substrat. Elle comprend généralement 4 grandes étapes :  ELD consists of irradiating a previously deposited material in the form of a film on a substrate. It usually includes 4 main steps:

- une phase de préparation d’une solution de précurseur. Sa composition peut être issue de produits exclusivement commerciaux ou nécessiter une étape préliminaire de synthèse chimique ;  a phase of preparation of a precursor solution. Its composition may be derived from exclusively commercial products or require a preliminary stage of chemical synthesis;

- une phase de dépôt d’une solution de précurseur sur l’ensemble de la surface. Les techniques couramment utilisées sont le trempage/évaporation, spray, jet d’encre, ou le spin coating ;  a phase of depositing a precursor solution on the entire surface. Commonly used techniques are soaking / evaporation, spray, inkjet, or spin coating;

- une phase d’écriture laser, sur les zones à recouvrir avec le motif désiré ;  a laser writing phase, on the areas to be covered with the desired pattern;

- une dernière phase de nettoyage, qui vise à éliminer les résidus de précurseurs non décomposés.  - a final cleaning phase, which aims to eliminate residues of undecomposed precursors.

Le paramètre régulant principalement ces phénomènes est la densité d’énergie (J.cm 2). Celle-ci dépendra de la densité de puissance du laser, la taille du spot, la vitesse de balayage, le taux de recouvrement entre deux passages contigus. Le procédé de fabrication d’écriture laser directe permet le dépôt localisé de couches minces de matériaux. Le faisceau laser permet d’activer localement le dépôt à partir d’un précurseur chimique du matériau. Les précurseurs utilisés sont d’origines commerciales, déposées par la technique de spin-coating (tournette) et de dépôt de goutte. Le balayage du laser permet de réaliser les motifs désirés avec une résolution micrométrique. The parameter regulating mainly these phenomena is the density of energy (J.cm 2 ). This will depend on the laser power density, the spot size, the scanning speed, the overlap ratio between two contiguous passages. The direct laser writing manufacturing method allows the localized deposition of thin layers of materials. The laser beam makes it possible to locally activate the deposition from a chemical precursor of the material. The precursors used are of commercial origin, deposited by the technique of spin-coating (spinette) and drop deposition. The scanning of the laser makes it possible to produce the desired patterns with a micrometric resolution.

Outre sa rapidité, l’écriture laser directe offre une grande flexibilité en termes de géométrie d’électrode, grâce au pilotage de la table porte échantillon par ordinateur.  In addition to its rapidity, direct laser writing offers great flexibility in terms of electrode geometry, thanks to the control of the sample table by computer.

Il est possible de regrouper les étapes 2 et 3, avec un dépôt localisé de précurseur au point d’exposition du laser. Plus récemment, les techniques « Laser induced forward transfer » (LIFT) ou encore « Laser Direct Write addition Forward Transfer » (LDW+FT) sont apparues. Le laser permet le transfert de matière d’un substrat « donneur » vers un substrat « accepteur ». Ces évolutions offrent la possibilité de réaliser des motifs à 3 dimensions ou encore le transfert dans des conditions douces sans modification chimique, comme par exemple le transfert d’organismes vivants. It is possible to combine steps 2 and 3, with a localized precursor deposit at the laser exposure point. More recently, the techniques "Laser induced forward transfer" (LIFT) or "Laser Direct Write Add Forward Forward Transfer" (LDW + FT) have appeared. The laser allows the transfer of material from one "donor" substrate to an "acceptor" substrate. These developments offer the possibility of making 3-dimensional patterns or transfer in mild conditions without chemical modification, such as for example the transfer of living organisms.

Il demeure toujours nécessaire de mettre à disposition des procédés améliorés, simples, robustes et peu onéreux pour donner accès à des micro-dispositifs intégrés de haute capacité, stables lors des cyclages et de bonne adhérence sur substrats souples. There is still a need to provide improved, simple, robust and inexpensive processes to provide access to high capacity integrated micro-devices that are stable during cycling and good adhesion to flexible substrates.

Selon un premier objet, la présente invention concerne un procédé d’élaboration d’électrode sur un substrat, ledit procédé comprenant : According to a first subject, the present invention relates to a method for producing an electrode on a substrate, said method comprising:

(i) une étape de dépôt d’un précurseur d’or en dispersion dans un solvant sur ledit substrat ; puis  (i) a step of depositing a gold precursor dispersed in a solvent on said substrate; then

(ii) une étape de dépôt d’un précurseur d’un matériau actif permettant le stockage électrochimique de l’énergie, ledit précurseur étant en dispersion dans un solvant, sur ladite couche obtenue à l’étape (i);  (ii) a step of depositing a precursor of an active material for the electrochemical storage of energy, said precursor being dispersed in a solvent, on said layer obtained in step (i);

(iii) l’irradiation laser de la bi-couche ainsi réalisée selon le motif désiré ; et (iii) the laser irradiation of the bi-layer thus produced according to the desired pattern; and

(iv) le retrait des parties du dépôt non irradiées par lavage. (iv) removing the non-irradiated portions of the deposit by washing.

Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention permet de promouvoir l’adhérence de matériau actif sous forme de poudre, et permet donc de déposer un matériau actif sous forme de poudre sur un substrat, notamment un substrat flexible, ledit substrat étant dépourvu de couche conductrice. Ce procédé se distingue donc des procédés comprenant le dépôt d’une couche d’or sur un substrat. According to one embodiment, the method according to the invention makes it possible to promote the adhesion of active material in powder form, and thus makes it possible to deposit an active material in powder form on a substrate, in particular a flexible substrate, said substrate being devoid of conductive layer. This process is therefore distinguished from processes comprising the deposition of a gold layer on a substrate.

Selon un mode de réalisation, l’utilisation d’un précurseur d’or n’engendre pas la métallisation du substrat mais permet de préparer un film bi-couche (notamment par spin-coating), qui sous irradiation laser engendre la croissance du matériau à déposer sur le substrat, accompagnée de la formation de nanoparticules d’or qui migrent dans le dépôt. En effet, l’écriture laser directe de poudres ne permet pas d’obtenir des dépôts homogènes et adhérents sur un substrat polymère.  According to one embodiment, the use of a gold precursor does not cause the metallization of the substrate but makes it possible to prepare a two-layer film (in particular by spin-coating), which under laser irradiation generates the growth of the material to deposit on the substrate, accompanied by the formation of gold nanoparticles that migrate into the deposit. In fact, the direct laser writing of powders does not make it possible to obtain homogeneous and adherent deposits on a polymer substrate.

Selon un mode de réalisation, l’invention fournit donc un procédé de préparation d’une bi-couche comprenant le matériau actif et le précurseur d’or.  According to one embodiment, the invention therefore provides a process for preparing a bilayer comprising the active material and the gold precursor.

Selon un mode de réalisation, ledit substrat est un substrat isolant électronique, notamment un substrat souple, de type polyimide. Selon un mode de réalisation, le substrat est une feuille de polyimide telle qu’une feuille de Kapton™. Le substrat peut éventuellement comprendre une couche intermédiaire préalablement déposée sur ledit substrat. Typiquement, il peut s’agir d’une couche d’accroche et/ou une couche conductrice, comme par exemple une couche de Pt, Au ou Ti/Au. Cette couche peut être déposée par évaporation, notamment sous forme d’un motif interdigité, à titre de collecteur de courant. According to one embodiment, said substrate is an electronic insulating substrate, in particular a flexible substrate, of polyimide type. According to one embodiment, the substrate is a polyimide sheet such as a Kapton ™ sheet. The substrate may optionally comprise an intermediate layer previously deposited on said substrate. Typically, it may be a tie layer and / or a conductive layer, such as a layer of Pt, Au or Ti / Au. This layer may be deposited by evaporation, especially in the form of an interdigitated pattern, as a current collector.

Dans ce qui suit et sauf indication contraire, le terme « substrat souple » désigne lesdits substrats nus, ainsi que les substrats éventuellement recouverts d’une telle couche conductrice de Pt, Au ou Ti/Au.  In what follows and unless otherwise indicated, the term "flexible substrate" denotes said bare substrates, as well as substrates possibly covered with such a conducting layer of Pt, Au or Ti / Au.

Selon un mode de réalisation, le dépôt de film du précurseur d’or de l’étape (i) peut être effectué par spin-coating (ou tournette), au moyen d’une dispersion du précurseur d’or dans un solvant ou mélange de solvants. According to one embodiment, the film deposition of the gold precursor of step (i) may be carried out by spin-coating (or spinning), by means of a dispersion of the gold precursor in a solvent or mixture of solvents.

A titre de précurseur de l’or, on peut notamment citer un sel d’or, éventuellement hydraté, tel que HAuCI4.3H20. As a precursor of gold, there may be mentioned a gold salt, optionally hydrated, such as HAuCl 4 .3H 2 0.

A titre de solvants, on peut citer le THF (tétrahydrofurane), l’acétone, le diméthylsulfoxyde, le dioxane, le dioxolane, le diméthylformamide, le formiate de méthyle, le nitrométhane, le dichlorométhane ou encore le N-méthylpirrolidone ou leurs mélanges.  As solvents, there may be mentioned THF (tetrahydrofuran), acetone, dimethylsulfoxide, dioxane, dioxolane, dimethylformamide, methyl formate, nitromethane, dichloromethane or N-methylpyrrolidone or mixtures thereof.

Selon un mode de réalisation, la suspension du précurseur d’or comprend un liant, tel que de la cellulose, notamment sous forme d’acétate de cellulose. La cellulose joue le rôle de liant et permet également d’amplifier la réaction de décomposition thermique du précurseur sous le faisceau laser.  According to one embodiment, the suspension of the gold precursor comprises a binder, such as cellulose, especially in the form of cellulose acetate. The cellulose acts as a binder and also makes it possible to amplify the thermal decomposition reaction of the precursor under the laser beam.

Le film comprend typiquement un précurseur de matériau en présence d’un liant (par exemple l’acétate de cellulose) qui joue également le rôle d’amplificateur thermique. Le passage du laser entraine localement une réaction chimique thermiquement activée, qui selon la nature du dépôt implique la décomposition du précurseur, un changement d’état d’oxydation, ou/et la formation de sous-produits à base de carbone. L’acétate de cellulose exalte la réaction de décomposition thermique.  The film typically comprises a precursor of material in the presence of a binder (for example cellulose acetate) which also acts as a thermal amplifier. The passage of the laser locally causes a thermally activated chemical reaction, which depending on the nature of the deposit involves the decomposition of the precursor, a change of oxidation state, and / or the formation of carbon-based by-products. Cellulose acetate exalts the thermal decomposition reaction.

Selon un mode de réalisation, la concentration du précurseur d’or dans la dispersion est comprise entre 70 et 90% (en poids/volume, rapportée au poids du précurseur). According to one embodiment, the concentration of the gold precursor in the dispersion is between 70 and 90% (w / v, based on the weight of the precursor).

Selon un mode de réalisation, l’étape (ii) est réalisée au moyen d’une dispersion d’un précurseur de matériau actif dans un solvant ou mélange de solvants. A titre de solvants convenant à la dispersion de précurseur du matériau actif, on peut citer le THF. According to one embodiment, step (ii) is carried out by means of a dispersion of a precursor of active material in a solvent or mixture of solvents. As solvents suitable for the precursor dispersion of the active material, mention may be made of THF.

A titre de précurseur de matériau actif, on peut notamment mentionner un précurseur de métal qui sous irradiation laser se décompose en ledit métal, ou encore un précurseur de métal oxydé.  As a precursor of active material, there may be mentioned in particular a metal precursor which under laser irradiation decomposes into said metal, or an oxidized metal precursor.

A titre de matériau actif, on peut citer les métaux de transition et leurs oxydes tels que RU02, NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, Sn02, Nb205 ; le carbone et les carbures tels que Ti3C2 notamment; les nitrures et les carbonitrures de métaux de transition, où x désigne le degré d’oxydation du métal considéré. As active material, there may be mentioned transition metals and their oxides such as RU0 2 , NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, SnO 2 , Nb 2 0 5 ; carbon and carbides such as Ti 3 C 2 in particular; nitrides and carbonitrides of transition metals, where x denotes the degree of oxidation of the metal in question.

Plus particulièrement, on peut citer les métaux de transition et leurs oxydes tels que RU02, NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, Sn02, Nb205 . More particularly, mention may be made of transition metals and their oxides such as RU0 2 , NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, SnO 2 and Nb 2 O 5 .

A titre de précurseurs des métaux de transition, on peut citer les formes hydratées des oxydes précités. Typiquement, Ru02.1 ,8 H20 peut être utilisé à titre de précurseur de matériau actif. As transition metal precursors, mention may be made of the hydrated forms of the aforementioned oxides. Typically, Ru0 2 .1, 8 H 2 0 can be used as precursor of the active material.

Parmi les oxydes métalliques offrant de tels mécanismes d’oxydo-réduction rapides, l’oxyde de ruthénium Ru02 est en effet particulièrement intéressant : Il présente des capacités gravimétriques théoriques élevées (1450 F.g 1). Même si le coût du Ru02 reste élevé comparé à d’autres oxydes, les quantités présentes dans des microélectrodes sont inférieures à 1 mg.cm 2, permettant ainsi de réduire considérablement le coût rapporté à la surface de dispositif fabriqué. Of the metal oxides offering such rapid oxidation-reduction mechanisms, ruthenium oxide RuO 2 is indeed particularly interesting: It has high theoretical gravimetric capacities (1450 Fg 1 ). Even though the cost of RuO 2 remains high compared with other oxides, the amounts present in microelectrodes are less than 1 mg.cm 2 , thus making it possible to considerably reduce the cost relative to the device surface manufactured.

Pour ce qui concerne le carbone et les carbures, on peut notamment citer les précurseurs suivants : Carbone poreux Kuraray YP50F, Ti3C2. As regards carbon and carbides, mention may in particular be made of the following precursors: Kuraray porous carbon YP50F, Ti 3 C 2 .

Selon un mode de réalisation, le film obtenu à l’étape (ii) est constituée d’un hydrate de Ru02 et/ou de carbone ou MXenes, plus particulièrement d’un hydrate de RU02 According to one embodiment, the film obtained in step (ii) consists of a hydrate of RuO 2 and / or of carbon or MXenes, more particularly of a hydrate of RUO 2

Selon un mode de réalisation, l’étape (ii) est réalisée par « spin-coating », « dip- coating » ou par des techniques de « spray » ou dépôt de goutte au moyen de la dite dispersion. According to one embodiment, step (ii) is carried out by "spin-coating", "dip-coating" or by "spray" or drop deposition techniques by means of said dispersion.

Selon un mode de réalisation, l’étape d’irradiation (iii) est effectuée par ELD d’un précurseur contenant un métal qui, sous irradiation, se décompose et s’oxyde ou un précurseur du métal déjà oxydé, au degré d’oxydation permettant un stockage de l’énergie à travers un changement d’état d’oxydation tout au long de la fenêtre de potentiel de travail de l’électrode. Typiquement, l’irradiation peut être effectuée avec un laser continu d’une puissance inférieure ou égale à 285 mW, pour une taille de spot de 20-40 pm, soit une densité de puissance inférieure ou égale à 50 - 230 W mm 2. According to one embodiment, the irradiation step (iii) is carried out by ELD of a precursor containing a metal which, under irradiation, decomposes and oxidizes or a precursor of the already oxidized metal, to the degree of oxidation allowing storage of energy through a change of oxidation state throughout the working potential window of the electrode. Typically, the irradiation can be carried out with a continuous laser with a power of less than or equal to 285 mW, for a spot size of 20-40 μm, ie a power density of less than or equal to 50 - 230 W mm 2 .

Généralement la longueur d’onde est de 405 nm.  Generally the wavelength is 405 nm.

Typiquement, la vitesse d’écriture est comprise entre 0,01 mm.s 1 et 10 mm. s 1.Typically, the write speed is between 0.01 mm.s 1 and 10 mm. s 1 .

Selon l’étape (iii), l’écriture laser de cette bi-couche de deux matériaux différents peut être effectuée en une seule étape d’écriture laser, l’irradiation conduisant à une couche composite comprenant de l’or et ledit matériau actif, adhérents à la surface du substrat. According to step (iii), the laser writing of this two-layer of two different materials can be performed in a single laser writing step, the irradiation leading to a composite layer comprising gold and said active material , adherent to the surface of the substrate.

L’étape (iv) consiste à retirer par lavage, le matériau non décomposé après écriture laser. Le lavage peut typiquement être réalisé avec un solvant ou un mélange de solvants, choisis parmi notamment l’acétone et/ou l’éthanol. Step (iv) consists of washing out the undecomposed material after laser writing. The washing may typically be carried out with a solvent or a mixture of solvents, chosen from, in particular, acetone and / or ethanol.

Ainsi, selon le procédé de l’invention un dépôt homogène de matériau actif adhérant sur le substrat via la couche intermédiaire de métal à forte conductivité (or) déposée entre le substrat et la couche de surface du matériau actif à forte réponse électrochimique, est obtenu. Thus, according to the method of the invention, a homogeneous deposition of active material adhered to the substrate via the high-conductivity metal (gold) intermediate layer deposited between the substrate and the surface layer of the electrochemically strong active material is obtained .

Le procédé selon l’invention constitue donc une approche alternative et simplifiée aux approches classiques généralement utilisées, permettant d’obtenir une haute capacité et une bonne adhérence. The method according to the invention thus constitutes an alternative and simplified approach to conventional approaches generally used, to obtain high capacity and good adhesion.

Selon un autre objet, la présente invention concerne une électrode susceptible d’être obtenue selon le procédé d’élaboration selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est composée d’une bicouche majoritairement composée d’or, puis de de matériau actif, déposés sur ledit substrat.  According to another subject, the present invention relates to an electrode that can be obtained according to the production method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is composed of a bilayer mainly composed of gold, then of active material deposited on said substrate.

Selon un autre objet, la présente invention concerne encore le procédé de fabrication d’un micro-dispositif électronique comprenant une électrode sur un substrat, ledit procédé comprenant l’étape d’élaboration de ladite électrode sur ledit substrat selon l’invention. According to another object, the present invention also relates to the method of manufacturing an electronic micro-device comprising an electrode on a substrate, said method comprising the step of producing said electrode on said substrate according to the invention.

A titre de micro-dispositif, on peut notamment citer les micro-supercondensateurs.  As a micro-device, there may be mentioned micro-supercapacitors.

Selon un autre objet, la présente invention concerne également un micro supercondensateur susceptible d’être fabriqué par le procédé selon l’invention. According to another object, the present invention also relates to a micro supercapacitor capable of being manufactured by the method according to the invention.

Selon un mode de réalisation, le micro-supercondensateur comprend :  According to one embodiment, the micro-supercapacitor comprises:

- un substrat souple ; - ledit substrat étant recouvert d’une couche de matériau composite comprenant de l’or, du Ru02 et du métal Ru. a flexible substrate; said substrate being covered with a layer of composite material comprising gold, RuO 2 and Ru metal.

Selon un mode de réalisation, le micro-supercondensateur comprend :  According to one embodiment, the micro-supercapacitor comprises:

- un substrat souple ;  a flexible substrate;

- à titre d’électrode positive une électrode déposée sur ledit substrat, ladite électrode comprenant une couche composite comprenant de l’or, du Ru02 et du métal Ru, et as a positive electrode an electrode deposited on said substrate, said electrode comprising a composite layer comprising gold, RuO 2 and Ru metal, and

- à titre d’électrode négative une électrode déposée sur ledit substrat, ladite électrode comprenant une couche composite comprenant de l’or et du carbone.  as a negative electrode, an electrode deposited on said substrate, said electrode comprising a composite layer comprising gold and carbon.

Figures figures

La Figure 1 schématise le procédé de fabrication de micro-supercondensateurs flexibles par écriture laser de Ru02 hydraté commercial. Un mélange HAuCI4.3H20 / acétate de cellulose est déposé par tournette (1 ) sur une feuille de Kapton™ nu, suivi du Ru02.xH20 (2). La mise en forme du film ainsi déposé selon un motif à électrodes interdigitées est alors réalisée (3). Le dépôt de Au/Ru02 sur Kapton™ nu (dénommé ci-après Kapton™/Au/Ru02) est alors lavé à l’acétone et l’éthanol (4) pour révéler le dispositif de stockage de l’énergie et nettoyer la surface de l’ensemble de ses impuretés. Figure 1 shows schematically the process for manufacturing micro-supercapacitors flexible laser writing Ru0 2 hydrated commercial. HAuCl 4 .3H 2 O / cellulose acetate is spin coated (1) on a bare Kapton ™ sheet, followed by RuO 2 · xH 2 O (2). The shaping of the film thus deposited in an interdigitated electrode pattern is then performed (3). Au / RuO 2 deposition on Kapton ™ nu (hereinafter referred to as Kapton ™ / Au / RuO2) is then washed with acetone and ethanol (4) to reveal the energy storage device and clean the surface of all its impurities.

La Figure 2 représente le diffractogramme obtenu pour une électrode de Kapton™/Au/Ru02. Figure 2 shows the diffractogram obtained for a Kapton ™ / Au / Ru0 2 electrode.

La Figure 3 représente (A) Clichés MEB de (A) la surface et (B) de la coupe transversale d’une électrode de Kapton™/Au/Ru02. (C) Zoom sur la croissance en bâtonnets en vue de dessus et (D) en section transverse sur la couche d’accroche d’Au recouverte de la couche de matériau actif Ru02. Figure 3 shows (A) SEM images of (A) the surface and (B) cross section of a Kapton ™ / Au / Ru0 2 electrode. (C) Zoom on the growth in rods in top view and (D) in transverse section on the Au adhesion layer covered with the layer of active material Ru0 2 .

La Figure 4 (A) Voltammogramme à 20 mV.s 1 et (B) diagramme de Nyquist obtenus pour une électrode de Au/Ru02 intégrée sur Kapton™ sans collecteur de courant. Figure 4 (A) Voltammogram at 20 mV.s 1 and (B) Nyquist diagram obtained for an Au / Ru0 2 electrode integrated on Kapton ™ without current collector.

La Figure 5 illustre la préparation de micro-supercondensateurs à électrodes interdigitées par écriture laser de HAuCL et Ru02.xH20 sur une feuille de Kapton™. Les motifs unitaires ont une taille approximative de 1cm x 1cm. Figure 5 illustrates the preparation of laser-interdigitated micro-supercapacitors of HAuCL and Ru0 2 .xH 2 0 on a Kapton ™ sheet. The unitary patterns have an approximate size of 1cm x 1cm.

La Figure 6 illustre différentes géométries de micro-supercondensateurs obtenues grâce au procédé d’écriture laser. Les dimensions des motifs (diamètre, largeur, longueur) sont de l’ordre de 1 cm.  Figure 6 illustrates different micro-supercapacitor geometries obtained by the laser writing method. The dimensions of the patterns (diameter, width, length) are of the order of 1 cm.

La Figure 7 représente (A) Voltammogramme enregistré à 5 mV.s 1 et (B) diagramme de Nyquist obtenus pour un micro-supercondensateur intégré sur Kapton™. La Figure 8 illustre (A) Voltammétries cycliques et (B) évolution de la capacité du micro supercondensateur flexible à des vitesses de balayage de 0,005 à 1 V.s 1. Figure 7 shows (A) Voltammogram recorded at 5 mV.s 1 and (B) Nyquist diagram obtained for a Kapton ™ integrated micro-supercapacitor. Figure 8 illustrates (A) cyclic voltammetries and (B) evolution of the capacity of the flexible supercapacitor micro at scan rates of 0.005 to 1 Vs 1 .

La Figure 9 illustre la rétention de capacité du micro-supercondensateur flexible durant 10000 cycles.  Figure 9 illustrates the capacity retention of the flexible micro-supercapacitor during 10000 cycles.

La Figure 10 représente les courbes de charge/décharge galvanostatique obtenues pour un micro-supercondensateur flexible de Au/Ru02. Figure 10 shows the galvanostatic charge / discharge curves obtained for a flexible Au / Ru0 2 micro-supercapacitor.

La Figure 1 1 illustre la croissance d’un dépôt de Ru02 préparé par écriture laser d’un film bicouche de HAuCI4.3H20 - cellulose acétate / poudre de Ru02. La Figure 12 représente l’absorbance de la solution HAuCI4.3H20 - acétate de cellulose dissout dans le THF. L’absorbance de l’énergie du laser par HAuCI4.3H20 explique le rôle clé de ce composé dans la réalisation d’électrodes adhérentes à la surface du substrat flexible. Figure 11 illustrates the growth of a Ru0 2 deposition prepared by laser writing of a HAuCl 4 .3H 2 O -cellulose acetate / RuO 2 powder film. Figure 12 shows the absorbance of the HAuCI 4 .3H 2 0 solution - cellulose acetate dissolved in THF. The absorbance of the energy of the laser by HAuCI 4 · 3H 2 0 explains the key role of this compound in the production of electrodes adherent to the surface of the flexible substrate.

Exemples Examples

Le dépôt des précurseurs a été effectué par la technique du spin-coating (tournette). La gravure laser a été effectuée avec l’équipement Dilase 250 commercialisé par KLOE. La base est un banc de lithographie laser habituellement utilisé pour l’insolation de résines, mais avec une ligne optique adaptée aux besoins de l’écriture laser (lambda = 405 nm et puissance de 0.285W), un module d’alignement pour réaliser des dépôts successifs de matériaux, une table porte échantillon avec un déplacement piloté. Le logiciel de pilotage comprend la possibilité de créer des dessins via le logiciel intégré, ou de les importer après définitions à partir de logiciels de design de la micro-électronique (format GDS...). The deposition of the precursors was carried out by the spin-coating technique. The laser engraving was carried out with the Dilase 250 equipment marketed by KLOE. The base is a laser lithography bench usually used for insolation of resins, but with an optical line adapted to the needs of laser writing (lambda = 405 nm and power of 0.285W), an alignment module to realize successive deposits of materials, a sample table with a controlled movement. The control software includes the ability to create drawings via the integrated software, or import them after definitions from microelectronics design software (GDS format ...).

Exemple 1 (comparatif) Dépôt d’une monocouche sur substrat souple Kapton™ recouvert préalablement d’un collecteur de courant (Au/Ti/Kapton™) Example 1 (Comparative) Deposition of a monolayer on a Kapton ™ flexible substrate previously covered with a current collector (Au / Ti / Kapton ™)

Le ruthénium d’origine commerciale, soit du Ru02.xH20 poudre de la société Sigma Aldrich est déposé directement dans sa forme oxydée Ru(+IV) sur le polymère,. La taille des particules de Ru02 est estimée à 0,2 pm par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Des analyses ATG ont permis d'estimer la composition à Ru02.1 ,8H20. The ruthenium of commercial origin, that is to say the Ru0 2 × xH 2 O powder from Sigma Aldrich, is deposited directly in its oxidized Ru (+ IV) form on the polymer ,. The size of RuO 2 particles is estimated at 0.2 μm by dynamic light scattering (DLS). ATG analyzes made it possible to estimate the composition at Ru0 2 .1, 8H 2 0.

Le procédé de fabrication des électrodes flexibles est le suivant : 15 mg de Ru02.1 ,8H20 sont dispersés sous ultrasons pendant 10 min dans 0,5 mL d'un mélange acétate de cellulose/THF (ratio Ru/ acétate de cellulose fixé à 60% massique) puis déposés par tournette sur Kapton™/Ti/Au (500 «rpm», 30s). La ELD du film est alors effectuée, et les parties qui ne sont pas exposées au laser sont retirées lors d’un lavage à l’acétone et éthanol. Il s’avère que le dépôt est très inhomogène et peu dense, témoignant de la mauvaise accroche du dépôt sur le support flexible. The method for manufacturing the flexible electrodes is as follows: 15 mg of RuO 2 .1, 8H 2 O are dispersed under ultrasound for 10 min in 0.5 mL of a mixture of cellulose acetate / THF (Ru / cellulose acetate ratio) set at 60% by mass) then spun on Kapton ™ / Ti / Au (500 "rpm", 30s). The ELD of the film is then made, and the parts that are not exposed to the laser are removed during an acetone wash and ethanol. It turns out that the deposit is very inhomogeneous and sparse, testifying to the poor adhesion of the deposit on the flexible support.

Exemple 2 : Ecriture laser (ELD) de la bicouche sur film de Kapton préalablement recouvert d'un motif interdigité conducteur Au/Ti/polyimide (avec une couche d’accrocheExample 2 Laser Writing (ELD) of the Kapton Film Bilayer Previously Coated with an Au / Ti / Polyimide Conductive Interdigit Pattern (with a Tie Layer)

/ collecteur de courant) / current collector)

On prépare une électrode de Kapton™/Ti/Au/Ru02 par écriture laser d’un film obtenu par dépôt à la tournette d’une solution de HAuCI4.3H20 / acétate de cellulose / THF suivi d’un dépôt d’une solution de Ru02.xH20 / THF sur un substrat de Kapton™ couvert d’un collecteur Ti/Au (déposé par évaporation). Celui-ci délivre une capacité de 414 mF.cm 2. A Kapton ™ / Ti / Au / Ru0 2 electrode is prepared by laser writing of a film obtained by spin coating a solution of HAuCl 4 .3H 2 O / cellulose acetate / THF followed by a coating of a solution of RuO 2 .xH 2 O / THF on a Kapton ™ substrate covered with a Ti / Au collector (deposited by evaporation). This one delivers a capacity of 414 mF.cm 2 .

La bicouche est réalisée sur un film de Kapton préalablement recouvert d'un motif interdigité Au/Ti/polyimide : The bilayer is made on a Kapton film previously covered with an interdigitated Au / Ti / polyimide pattern:

Le dépôt en spin-coating (tournette) des deux couches est effectué en deux étapes : dans un premier temps, 27 mg de HAuCI4.3H20 (Sigma Aldrich) sont dispersés dans 0,5 mL de mélange acétate de cellulose/THF, puis déposés par tournette (épaisseur de 2,4 ± 0,6 pm d’après les mesures au profilomètre). Ensuite, dans un deuxième temps, 15 mg de RU02.XH20 sont dispersés sous ultrasons dans 0,5 mL de THF, et sont à leur tour déposés par spin-coating (tournette) et dépôt de goutte. Les paramètres de spin-coating sont : rotation à une vitesse de 500 «rpm» pendant 30s, et une accélération de 500 «rpm».s 1). L’épaisseur du film déposé est estimée à 55 ± 5 pm au microscope 3D). A ce stade, la quantité de Ru02 présent dans le film est déterminée par dosage «ICP» du ruthénium. Une teneur en masse de 2,05 mg.cm 2 est obtenue. The deposition in spin-coating (spinning) of the two layers is carried out in two steps: initially, 27 mg of HAuCl 4 .3H 2 O (Sigma Aldrich) are dispersed in 0.5 mL of cellulose acetate / THF mixture , then sputtered (thickness 2.4 ± 0.6 μm according to the profilometer measurements). Then, in a second step, 15 mg of RUO 2 .XH 2 0 are ultrasonically dispersed in 0.5 mL of THF, and are in turn deposited by spin-coating and drop deposit. The spin-coating parameters are: rotation at a speed of 500 "rpm" for 30s, and an acceleration of 500 "rpm" .s 1 ). The thickness of the deposited film is estimated at 55 ± 5 μm under a 3D microscope). At this stage, the amount of RuO 2 present in the film is determined by "ICP" assay of ruthenium. A mass content of 2.05 mg.cm 2 is obtained.

L’ELD du film est effectuée à une puissance de 182 mW et une vitesse d’écriture de 1 mm. s 1. L’observation au microscope optique de l’électrode préparée à partir de la bicouche de précurseurs (Au et Ru02) révèle que le dépôt est homogène et dense en comparaison à celui obtenu précédemment (exemple 1 ) sans la couche de précurseur HAUCI4.3H20 dans l'acétate de cellulose. Cela confirme que l’introduction du sel d’or dans la formulation de l’électrode permet donc une meilleure accroche du matériau électroactif, et conduit à des électrodes plus homogènes. La nature de l’électrode est vérifiée par DRX. Après s’être affranchi des pics intenses relatifs au collecteur de courant de Ti/Au situés à 38,5°, on observe les pics de diffraction du Ru02 (structure quadratique P/42mnm, JCPDS 00-021 -1 172). De plus, aucun pic relatif au HAuCI4.3H20 n’est visible, témoignant de la réduction du sel en Au(0). Le dépôt obtenu après ELD comprend à la fois de l’Au et du Ru02. L’observation de la surface obtenue par microscopie électronique à balayage d’une électrode flexible de Au/Ru02 révèle que la surface s’organise sous forme d’amas « forêt » avec une croissance « d’arbres » contenant du ruthénium (d’après les analyses «EDX») Une telle structure est favorable aux réactions faradiques de surfaces intervenant dans le processus de stockage de l’énergie du Ru02. The ELD of the film is performed at a power of 182 mW and a write speed of 1 mm. s 1 . Optical microscopic observation of the electrode prepared from the precursor bilayer (Au and RuO 2 ) reveals that the deposition is homogeneous and dense in comparison with that obtained previously (Example 1) without the HAUCI precursor layer 4 . 3H 2 0 in cellulose acetate. This confirms that the introduction of the gold salt in the formulation of the electrode therefore allows a better grip of the electroactive material, and leads to more homogeneous electrodes. The nature of the electrode is verified by XRD. After being freed from the intense peaks relative to the Ti / Au current collector located at 38.5 °, the diffraction peaks of Ru0 2 are observed (quadratic structure P / 42 nm, JCPDS 00-021-1 172). In addition, no peak relative to the HAuCl 4 .3H 2 0 is visible, showing the reduction of salt in Au (0). The deposit obtained after ELD includes both Au and Ru0 2 . The observation of the surface obtained by scanning electron microscopy of a flexible Au / RuO 2 electrode reveals that the surface is organized in the form of a "forest" cluster with a "tree" growth containing ruthenium (d after the "EDX" analyzes) Such a structure is favorable to the faradic reactions of surfaces involved in the RuO 2 energy storage process.

Exemple 3 : Dépôt de Au et dépôt de RuO^sur substrat nu Example 3 Deposition of Au and Deposition of RuO 3 on bare substrate

Il est réalisé selon l’exemple 2 à partir d’un substrat de Kapton™ non recouvert. It is made according to Example 2 from an uncoated Kapton ™ substrate.

Les électrodes obtenues sont évaluées de la façon suivante :  The electrodes obtained are evaluated as follows:

Le comportement électrochimique des électrodes flexibles de Au/Ru02 est ensuite évalué en cellule à trois électrodes par voltamétrie cyclique et spectroscopie d’impédance en milieu 1 M H2S04. Sur le voltammogramme enregistré à 20 mV.s 1 , on observe que le courant délivré par le substrat (représenté par des losanges) est négligeable, et que la signature électrochimique du Ru02 est clairement identifiable, avec cependant une limitation du courant anodique aux potentiels négatifs. Le comportement capacitif de l’électrode est confirmé par spectroscopie d’impédance électrochimique. Sur le diagramme de Nyquist obtenu au potentiel de repos («EOCV» = +0,185 V) , on observe une droite verticale à basses fréquences, caractéristique d’un comportement capacitif de l’électrode. On note également l’absence de demi-cercle pour les hautes fréquences, témoignant des bonnes propriétés de conduction des électrons dans la couche Au/Ru02. La résistance en série équivalente (ESR) s’élève à seulement 0,2 Q.cm-2. Par conséquent, l’électrode flexible démontre des performances en puissance très intéressantes malgré la nature faradique des mécanismes de stockage impliqués, avec 60% de la capacité initiale délivrés lors d’une décharge de 1 s (vitesse de balayage de 1 V.s 1). The electrochemical behavior of the Au / RuO 2 flexible electrodes is then evaluated in a three-electrode cell by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy in 1 MH 2 SO 4 medium. On the voltammogram recorded at 20 mV.s 1 , it is observed that the current delivered by the substrate (represented by diamonds) is negligible, and that the electrochemical signature of Ru0 2 is clearly identifiable, with however a limitation of the anodic current to the potentials. negative. The capacitive behavior of the electrode is confirmed by electrochemical impedance spectroscopy. On the Nyquist diagram obtained at the quiescent potential ("EOCV" = +0.185 V), we observe a vertical line at low frequencies, characteristic of a capacitive behavior of the electrode. We also note the absence of a semicircle for the high frequencies, showing the good conduction properties of electrons in the Au / Ru0 2 layer. The equivalent series resistance (ESR) is only 0.2 Q.cm -2 . Therefore, the flexible electrode demonstrates very interesting power performance despite the faradic nature of the storage mechanisms involved, with 60% of the initial capacity delivered during a discharge of 1 s (scanning speed of 1 Vs 1 ).

Conformément au voltammogramme obtenu, la capacité de l’électrode est maximale à 0V vs Hg/Hg2S04. Puisque l’ajout de sel d’or permet d’accrocher plus de Ru02 lors de l’écriture, on s’attend à ce que la quantité de HAuCI4.3H20 influe sur la quantité de Ru02 déposée, et donc sur la capacité surfacique des électrodes flexibles délivrée. Ainsi, différentes masses de HAuCI4.3H20 sont dispersées dans 0,5 mL du mélange acétate de cellulose/THF et déposées à la tournette sur le substrat. Les concentrations utilisées sont de 14, 30, 60 et 120 mg.mL-1 (le dépôt n’adhère plus au-delà de 120 mg.mL-1 ). Une masse fixe de 15 mg de Ru02 commercial est dispersée dans 0,5 mL de THF et déposée à son tour (même protocole que précédemment). Les paramètres d’écriture sont fixés à P = 55 mW et v = 3 mm. s 1 par soucis de comparaison. Les électrodes ainsi préparées sont ensuite testées en milieu H2S04 par voltamétrie cyclique en configuration à trois électrodes. Sur les voltammogrammes obtenus à 20 mV.s 1 pour les quatre électrodes, on remarque que quelle que soit la teneur en sel d’or du film déposé, la signature du Ru02 est conservée. Cependant, une nette augmentation du courant capacitif est observée pour une teneur en sel d’or de 80% massiques (mélange du sel d’or et de l’acétate de cellulose). Pour comprendre cette augmentation de capacité, quatre électrodes sont préparées avec les mêmes teneurs en sel d’or des films déposés par spin-coating (tournette), mais sans introduction de Ru02.xH20. La capacité délivrée par les électrodes est alors relevée dans les mêmes conditions According to the voltammogram obtained, the capacity of the electrode is maximum at 0V vs Hg / Hg 2 S0 4 . Since the addition of gold salt makes it possible to hang more Ru0 2 during the writing, it is expected that the amount of HAuCI 4 .3H 2 O affects the amount of RuO 2 deposited, and therefore on the surface capacitance of the flexible electrodes delivered. Thus, different masses of HAuCl 4 .3H 2 O are dispersed in 0.5 mL of the cellulose acetate / THF mixture and spun onto the substrate. The concentrations used are 14, 30, 60 and 120 mg.mL-1 (the deposit no longer adheres to more than 120 mg.mL-1). A fixed mass of 15 mg of commercial RuO 2 is dispersed in 0.5 mL of THF and deposited in turn (same protocol as before). The writing parameters are set at P = 55 mW and v = 3 mm. s 1 for the sake of comparison. The electrodes thus prepared are then tested in H 2 S0 4 medium by cyclic voltammetry in a three-electrode configuration. On voltammograms obtained at 20 mV.s 1 for the four electrodes, it is noted that regardless of the gold salt content of the deposited film, the RuO 2 signature is retained. However, a significant increase in capacitive current is observed for a gold salt content of 80% by weight (mixture of gold salt and cellulose acetate). To understand this increase in capacity, four electrodes are prepared with the same gold salt content of the films deposited by spin-coating, but without introduction of Ru0 2 .xH 2 0. The capacity delivered by the electrodes is then taken under the same conditions

Les capacités délivrées par les électrodes ne contenant pas de Ru02 sont très faibles et augmentent légèrement avec la quantité de sel d’or déposée par spin-coating (de 3,7 mF.cm 2 pour une concentration de 14 mg.mL 1 à 7,3 mF.cm 2 pour 120 mg.mL 1). Les capacités relevées pour les électrodes de Au/Ru02 (symboles pleins) sont à l’inverse très élevées (de 122 mF.cm 2 à 414 mF.cm 2). Par ailleurs, les valeurs de capacités délivrées sont très proches pour des teneurs en sel d’or variant de 32% massiques à 67% massiques, tandis qu’une nette augmentation est observée pour une teneur de 80% massiques (plus de trois fois la capacité enregistrée à des teneurs en sel d’or plus faibles). Les images prises au microscope optique révèlent une surface/dépôt plus dense, ce qui conforte les observations précédentes concernant l’augmentation de l’accroche du RU02 en présence de HAuCI4.3H20. The capacities delivered by the electrodes not containing Ru0 2 are very low and increase slightly with the amount of gold salt deposited by spin-coating (from 3.7 mF.cm 2 for a concentration of 14 mg.mL 1 to 7.3 mF.cm 2 for 120 mg.mL 1 ). The capacities recorded for Au / Ru0 2 electrodes (solid symbols) are conversely very high (from 122 mF.cm 2 to 414 mF.cm 2 ). In addition, the capacity values delivered are very similar for gold salt contents ranging from 32% by mass to 67% by mass, while a sharp increase is observed for a content of 80% by mass (more than three times the recorded capacity at lower gold salt contents). The optical microscope images reveal a denser surface / deposit, which reinforces the previous observations concerning the increase of the adhesion of RU0 2 in the presence of HAuCl 4 .3H 2 0.

Pour pouvoir conclure sur cette augmentation soudaine de la capacité délivrée, la quantification du Ru02 présent dans les électrodes après écriture est effectuée par dosage «ICP» du ruthénium. Ainsi, on remarque que la quantité de Ru02 varie peu pour des teneurs en sel d’or inférieures à 67% massiques (de 40 à 55 pg.cm2 d’électrode) et augmente drastiquement lorsque 80% massique de HAuCI4.3H20 sont introduits (277 pg.cm 2, soit 5 fois plus). Une concentration en sel d’or de 120 mg.mL 1 permet donc de déposer plus de Ru02 lors de l’étape d’écriture. To be able to conclude on this sudden increase in the capacity delivered, the quantification of the RuO 2 present in the electrodes after writing is carried out by "ICP" assay of the ruthenium. Thus, it is noted that the amount of RuO 2 varies little for gold salt contents of less than 67% by weight (from 40 to 55 pg.cm 2 of electrode) and increases drastically when 80% by mass of HAuCl 4 .3H 2 0 are introduced (277 pg.cm 2, or 5 times). A gold salt concentration of 120 mg.mL 1 therefore makes it possible to deposit more Ru0 2 during the writing step.

L’intérêt du procédé de fabrication par écriture laser selon l’invention réside notamment dans le fait de pouvoir intégrer du Ru02 disponible dans le commerce directement sur substrat souple de polyimide avec une couche Ti/Au obtenue par évaporation physique. Les performances sont supérieures à celles obtenues jusqu’alors en « LSG»/RU02 avec une méthodologie ELD. Dans l’étape suivante, la couche métallique intermédiaire Ti/Au réalisée par évaporation a été supprimée et le procédé de dépôt tout ELD sur Kapton™ a été optimisé. The advantage of the method of manufacturing by laser writing according to the invention lies in the fact of being able to integrate Ru0 2 commercially available directly on flexible polyimide substrate with a Ti / Au layer obtained by physical evaporation. The performances are superior to those obtained until now in "LSG" / RU0 2 with an ELD methodology. In the next step, the evolved Ti / Au intermediate metal layer was removed and the entire Kapton ™ ELD deposition process was optimized.

Exemple 4 : Gravure laser (ELD) du dépôt bi-couche sur film de Kapton™ nu (sans collecteur de courant) Example 4: Laser etching (ELD) of the two-layer deposition on Kapton ™ bare film (without current collector)

Une teneur en sel d’or optimale de 80% massiques permet d’atteindre une capacité surfacique élevée de 414 mF.crrr2. Ainsi, c’est cette formulation d’électrode qui est retenue pour la fabrication de micro-supercondensateurs flexibles directement sur Kapton (détaillée en Figure 1 ). Comme précédemment, 60 mg de HAuCI4.3H20 sont dispersés dans 0,5 mL d’un mélange acétate de cellulose/THF, pendant que 15 mg de RU02.1 ,8H20 sont dispersés sous ultrasons pendant 10 min dans 0,5 mL de THF. Puis, les solutions sont successivement déposées sur Kapton™ (précurseur d’or par tournette et tournette / goutte pour le Ru02.1 ,8H20). An optimum gold salt content of 80% by mass achieves a high surface area capacity of 414 mF.crrr 2 . Thus, it is this electrode formulation that is retained for the manufacture of flexible micro-supercapacitors directly on Kapton (detailed in Figure 1). As before, 60 mg of HAuCl 4 .3H 2 O are dispersed in 0.5 mL of a cellulose acetate / THF mixture, while 15 mg of RUO 2 .1, 8H 2 0 are ultrasonically dispersed for 10 min. 0.5 mL of THF. Then, the solutions are successively deposited on Kapton ™ (gold precursor by spin and spin / drop for Ru0 2 .1, 8H 2 0).

Un motif carré de 5 mm x 5 mm est d’abord réalisé afin de vérifier les propriétés du matériau d’électrode intégré sur Kapton™ sans collecteur de Ti/Au. L’analyse par diffraction des rayons X (Figure 2) révèle une nouvelle fois la présence de Ru02 cristallin (P42/mnm, JCPDS n°00-043-1027) ainsi que d’Au cristallin (Fm3m, JCPDS n°03-065- 2870) dans l’électrode. Par ailleurs, on note également la présence de ruthénium métallique (P63/mmc, JCPDS n° 03-065-1863) par comparaison avec une électrode de AU/RU02 intégrée sur KaptonTM/Ti/Au. A square pattern of 5mm x 5mm is first made to verify the properties of the integrated Kapton ™ electrode material without Ti / Au collector. X-ray diffraction analysis (FIG. 2) again reveals the presence of crystalline RuO 2 (P42 / mnm, JCPDS No. 00-043-1027) as well as crystalline Au (Fm3m, JCPDS No. 03- 065-2870) in the electrode. Furthermore, the presence of ruthenium metal (P63 / mmc, JCPDS No. 03-065-1863) is also noted by comparison with an AU / RU0 2 electrode integrated on KaptonTM / Ti / Au.

La surface de l’électrode de Au/Ru02 est observée au microscope électronique à balayage (Figure 3A). Le dépôt est conforme et fortement rugueux sur toute la surface du substrat, et comprend des excroissances de Ru02 (sous forme « d’arbres ») (Figure 3C) reposant sur des bâtonnets (Figure 3A, B, C). Une coupe perpendiculaire au substrat (par «FIB») permet de préciser la structure verticale du dépôt. Trois couches distinctes sont formées : The surface of the Au / RuO 2 electrode is observed under a scanning electron microscope (FIG. 3A). The deposit is conformal and highly rough over the entire surface of the substrate, and comprises growths of Ru0 2 (in the form of "trees") (Figure 3C) resting on rods (Figure 3A, B, C). A section perpendicular to the substrate (by "FIB") makes it possible to specify the vertical structure of the deposit. Three distinct layers are formed:

- une première couche contenant des particules d’or et de Ru, d’aspect granulaire d’épaisseur 35±5 nm.  a first layer containing granular gold and Ru particles with a thickness of 35 ± 5 nm.

- Une deuxième couche de Ru02, sous forme de nano-bâtonnets perpendiculaires à la surface de diamètre moyen 40-60 nm et hauteur comprise entre 200 et 450nm. Quelques nanoparticules d’or sont dispersées. A second layer of RuO 2 , in the form of nano-rods perpendicular to the surface of average diameter 40-60 nm and height of between 200 and 450 nm. Some gold nanoparticles are scattered.

- Une troisième couche comprenant des excroissances de Ru02, avec une forte porosité. - A third layer comprising excrescences of Ru0 2 , with a high porosity.

L’interface entre les deux premières couches est abrupte et compacte donnant l’impression d’une croissance des nano-bâtonnets de RuQ2 directement sur la couche d’or. L’interface supérieure avec la couche superficielle d’excroissances donne l’impression d’une couche de Ru02 redéposée avec une faible « connexion ». De plus, on observe une migration de nanoparticules d’Au dans les structures en bâtonnets lors de la croissance (Figure 3D). The interface between the first two layers is steep and compact giving the impression of RuQ 2 nano-stick growth directly on the layer Golden. The upper interface with the superficial layer of excrescences gives the impression of a layer of Ru0 2 redeposited with a weak "connection". In addition, there is a migration of Au nanoparticles in rod structures during growth (Figure 3D).

Comme apparent sur la Figure 1 1 , le dépôt croît sous forme de cristaux (A) à partir du substrat de polyimide (B) selon une première couche poreuse et une seconde couche plus dense (C), toutes deux contenant de l’or sous forme de nanoparticules (D). On remarque que le substrat n’est pas métallisé (absence de couche d’or), mais est recouvert d’une couche de Ru/Ru02 (E et F). As shown in FIG. 11, the deposit increases in the form of crystals (A) from the polyimide substrate (B) in a first porous layer and a second, denser layer (C), both containing gold under form of nanoparticles (D). Note that the substrate is not metallized (absence of gold layer), but is covered with a layer of Ru / Ru0 2 (E and F).

La combinaison du sel de HAuCI4.3H20 et d’acétate de cellulose permet d’optimiser l’absorption de l’énergie apportée par le laser, et la diffusion de cette énergie par combustion de l’acétate au sein du dépôt. En effet, la Figure 12 illustre que l’absorbance des solutions de THF et de THF contenant l’acétate de cellulose est nulle à la longueur d’onde du laser utilisé (405 nm), tandis que l’ajout de HAuCI4.3H20 augmente l’absorbance, avec ou sans acétate de cellulose. The combination of HAuCI 4 .3H 2 0 salt and cellulose acetate makes it possible to optimize the absorption of the energy provided by the laser, and the diffusion of this energy by combustion of the acetate within the deposit. In fact, FIG. 12 illustrates that the absorbance of the THF and THF solutions containing the cellulose acetate is zero at the wavelength of the laser used (405 nm), while the addition of HAuCI 4 .3H 2 0 increases the absorbance, with or without cellulose acetate.

En ce qui concerne le rôle de l’acétate de cellulose, des simulations ont été réalisées avec le logiciel Comsol Multiphysics. Un substrat de polyimide est recouvert d’une couche de HAuCI4.3H20 + acétate de cellulose. L’évolution de la température lors du passage du laser pour une puissance de 285 mW et une vitesse d’écriture de 5 mm. s 1 est modélisée ( à t=3,6 ms). On remarque que la température est supérieure à 200°C (température de décomposition du sel d’HAuCI4.3H20) sur 50 pm de part et d’autre du passage du laser. Ainsi, l’acétate de cellulose optimise la diffusion de la chaleur au sein du dépôt, ce qui in fine promeut l’adhérence du matériau actif à déposer en formant des particules de Au et Ru. Regarding the role of cellulose acetate, simulations were performed with Comsol Multiphysics software. A polyimide substrate is covered with a layer of HAuCl 4 .3H 2 O + cellulose acetate. The evolution of the temperature during the passage of the laser for a power of 285 mW and a writing speed of 5 mm. s 1 is modeled (at t = 3.6 ms). It is noted that the temperature is above 200 ° C (decomposition temperature of HAuCl 4 .3H 2 0 salt) on 50 pm on either side of the passage of the laser. Thus, cellulose acetate optimizes the diffusion of heat within the deposit, which ultimately promotes the adhesion of the active material to be deposited by forming particles of Au and Ru.

Le comportement électrochimique d’une électrode de Au/Ru02 sans collecteur de courant est également évalué par voltamétrie cyclique et spectroscopie d’impédance en dans un milieu avec 1 M H2S04. La signature électrochimique est conservée (Figure 4A). La capacité délivrée est limitée à 61 mF.cm 2 contre 414 mF.cm 2 (en présence du collecteur de courant Au/Ti) à une vitesse de balayage de 20mV.s 1. Cette réduction de capacité est attribuée à une augmentation de la résistance engendrée par l’absence de collecteur de courant sous-jacent dans cet exemple, ce qui peut être optimisé par la suite. Cette augmentation de résistance est confirmée par le diagramme de Nyquist présenté en Figure 4B. En effet, le comportement capacitif observé aux basses fréquences est conservé, tandis qu’un demi-cercle est clairement visible aux hautes fréquences, caractéristique d’une augmentation de la résistance de l’électrode. Une optimisation du contact électrique du microsystème devrait permettre de minimiser la résistance série équivalente effective du dispositif. The electrochemical behavior of an Au / RuO 2 electrode without current collector is also evaluated by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy in a medium with 1 MH 2 SO 4 . The electrochemical signature is conserved (Figure 4A). The capacity delivered is limited to 61 mF.cm 2 against 414 mF.cm 2 (in the presence of the current collector Au / Ti) at a scanning speed of 20mV.s 1 . This reduction in capacity is attributed to an increase in the resistance caused by the absence of an underlying current collector in this example, which can be optimized later. This increase in resistance is confirmed by the Nyquist diagram presented in Figure 4B. Indeed, the capacitive behavior observed at low frequencies is preserved, while a semicircle is clearly visible at high frequencies, characteristic of an increase in the resistance of the electrode. Optimization of the electrical contact of the microsystem should make it possible to minimize the effective equivalent series resistance of the device.

Exemple 5 : Préparation d’un micro-supercondensateur Example 5 Preparation of a Micro-Supercapacitor

Après avoir confirmé le comportement capacitif des électrodes de Au/Ru02 sur Kapton™, l’écriture laser de micro-supercondensateurs est réalisée. La Figure 5 est une photographie d’une feuille de Kapton™ sur laquelle ont été fabriqué 36 micro supercondensateurs de AU/RU02. Le procédé de fabrication proposé ici offre donc la possibilité de préparer une quarantaine de micro-supercondensateurs flexibles sur un disque de Kapton™ de 10,16 cm de diamètre. After confirming the capacitive behavior of the Au / Ru0 2 electrodes on Kapton ™, laser writing of micro-supercapacitors is performed. Figure 5 is a photograph of a Kapton ™ sheet on which 36 micro supercapacitors of AU / RU0 2 have been manufactured. The manufacturing method proposed here thus offers the possibility of preparing about 40 flexible micro-supercapacitors on a Kapton ™ disk 10.16 cm in diameter.

De plus, le logiciel KIoéDesign, utilisé pour définir le motif du dispositif, permet de préparer des micro-supercondensateurs aux motifs variés (contrôle de la taille des doigts interdigités, électrodes concentriques...) comme en témoigne la photographie présentée Figure 6.  In addition, the KIoéDesign software, used to define the pattern of the device, makes it possible to prepare micro-supercapacitors of various patterns (control of the size of interdigital fingers, concentric electrodes ...) as shown in the photograph shown in Figure 6.

Les performances d’un micro-supercondensateur à électrodes interdigitées sont alors évaluées en milieu 1 M H2S04. Les deux polarités du dispositif sont composées de 4 doigts de longueur I = 5 mm, de largeur L = 500 pm, et séparées par un inter-espace i = 500 pm. Le voltammogramme obtenu pour ce micro-supercondensateur flexible (cellule symétrique) est présenté Figure 7A. The performances of a micro-supercapacitor with interdigital electrodes are then evaluated in 1 MH 2 S0 4 medium. The two polarities of the device are composed of 4 fingers of length I = 5 mm, width L = 500 μm, and separated by an inter-space i = 500 μm. The voltammogram obtained for this flexible micro-supercapacitor (symmetrical cell) is presented in FIG. 7A.

La courbe obtenue est quasi-rectangulaire, confirmant le stockage pseudo capacitif de l’énergie. La déviation par rapport au comportement idéal observée en début de décharge s’explique par la limitation anodique observée en configuration trois électrodes aux potentiels négatifs. Le micro-supercondensateur délivre une capacité de 27 mF.cm 2, soit deux fois plus que la capacité délivrée par un micro-supercondensateur préparé par gravure laser de GO/RuCI3. Deux zones distinctes sont une nouvelle fois visibles sur le diagramme de Nyquist établi à partir des valeurs d’impédance récoltées par EIS (Figure 7B), avec une droite verticale obtenue aux basses fréquences, et un demi- cercle pour les hautes fréquences. Le diamètre de ce dernier est d’environ 6 Q.cm2 et traduit une résistance de contact du fait de l’absence de collecteurs de Ti/Au sur le dispositif. La résistance série équivalente s’élève à 12 Q.cm2. Cette valeur est du même ordre de grandeur que celle obtenu pour des micro-supercondensateurs de Ru02 intégrés sur silicium par électrodéposition de Ru sur des nanostructures carbonées. The resulting curve is quasi-rectangular, confirming the pseudo capacitive storage of energy. The deviation from the ideal behavior observed at the beginning of the discharge is explained by the anodic limitation observed in three-electrode configuration at negative potentials. The micro-supercapacitor delivers a capacity of 27 mF.cm 2 , twice as much as the capacity delivered by a micro-supercapacitor prepared by laser engraving GO / RuCI 3 . Two distinct areas are again visible on the Nyquist diagram based on the impedance values collected by EIS (Figure 7B), with a vertical line obtained at low frequencies, and a half circle for high frequencies. The diameter of the latter is about 6 Q.cm 2 and reflects a contact resistance due to the absence of Ti / Au collectors on the device. The equivalent series resistance is 12 Q.cm 2 . This value is the same an order of magnitude than that obtained for Ru0 2 micro-supercapacitors integrated on silicon by Ru electroplating on carbon nanostructures.

Les aptitudes en puissance du micro-supercondensateur flexible sont étudiées à travers des tests de voltamétrie cyclique réalisés à plusieurs vitesses de balayage sur une plage de potentiel de 1 V. La Figure 8A regroupe des voltammogrammes enregistrés à des vitesses de balayage de 20 mV.s 1 à 1 V.s 1. On remarque que la forme du voltammogramme obtenu à 20 mV.s 1 a la signature typiquement pseudocapacitve attendue pour du Ru02. Pour une vitesse plus importante de 100 mV.s 1, on note une distorsion du signal due à un comportement plus résistif du dispositif. Cette limitation est d’autant plus marquée pour les voltammogrammes enregistrés à 0,5 et 1 V.s 1. La capacité délivrée par le micro-supercondensateur flexible est calculée pour chaque vitesse de balayage, puis reportée sur la Figure 8B. Comme attendu d’après l’analyse des courbes de voltamétrie cyclique, la capacité du dispositif diminue fortement lorsque la vitesse de balayage augmente, jusqu’à atteindre 16% de la capacité initiale pour un temps de décharge de 1 s. La rétention de capacité en puissance n’est pas satisfaisante comparée à celle des micro-supercondensateurs à base de carbone (par exemple, 73% de rétention de capacité à une densité de courant 10 fois plus importante pour des micro supercondensateurs de rGO). Néanmoins, la nature faradique des mécanismes de stockage de l’énergie impliqués ici limite les densités de puissance fournies par le dispositif. La cyclabilité des micro-supercondensateurs ainsi préparé est vérifiée sur 10The power capabilities of the flexible micro-supercapacitor are studied through cyclic voltammetry tests carried out at several scanning speeds over a potential range of 1 V. Figure 8A groups recorded voltammograms at scanning speeds of 20 mV.s. 1 to 1 Vs 1 . Note that the form of the voltammogram obtained at 20 mV.s 1 has the signature typically pseudocapacitve expected for Ru0 2 . For a higher speed of 100 mV.s 1 , there is a signal distortion due to a more resistive behavior of the device. This limitation is even more marked for the voltammograms recorded at 0.5 and 1 Vs 1 . The capacity delivered by the flexible micro-supercapacitor is calculated for each scanning speed, then reported in Figure 8B. As expected from the analysis of the cyclic voltammetry curves, the capacitance of the device decreases sharply as the scanning speed increases, reaching 16% of the initial capacity for a discharge time of 1 s. The power capacity retention is unsatisfactory compared to that of the carbon-based micro-supercapacitors (eg, 73% capacity retention at 10 times higher current density for micro GER supercapacitors). Nevertheless, the faradic nature of the energy storage mechanisms involved here limits the power densities provided by the device. The cyclability of the micro-supercapacitors thus prepared is checked on 10

000 cycles de voltamétrie cyclique réalisée sur une fenêtre de potentiel de 1 V à 100 mV.s-1 . 000 cycles of cyclic voltammetry carried out on a window of potential of 1 V with 100 mV.s-1.

La capacité est normalisée à la capacité délivrée lors du premier cycle, et reportée tous les 500 cycles sur la Figure 9. Ainsi, la capacité diminue rapidement et atteint 85 % de la capacité initiale lors des 1000 premiers cycles, puis se stabilise pendant le reste de l’expérience, avec une rétention de capacité de 78 % à 10000 cycles. Cette diminution de 15% lors des premiers cycles est attribuée à la perte en surface des grains de Ru02 qui adhérent moins à électrode. The capacity is normalized to the capacity delivered during the first cycle, and reported every 500 cycles in Figure 9. Thus, the capacity decreases rapidly and reaches 85% of the initial capacity during the first 1000 cycles, then stabilizes during the rest from experience, with a capacity retention of 78% to 10000 cycles. This decrease of 15% in the first cycles is attributed to the surface loss of RuO 2 grains which adhere less to the electrode.

Le micro-supercondensateur flexible est également soumis à des tests de charge/décharge galvanostatique (Figure 10). On observe un signal triangulaire pour des densités de courant de 0,16 mA.cm 2 à 3 mA.cm 2, caractéristique pour un supercondensateur. Par ailleurs, on remarque une augmentation de la pente lorsque la densité de courant est plus importante, confirmant la diminution significative de la capacité pour des décharges plus rapides observée lors des tests de voltamétrie cyclique. La chute ohmique se manifestant par une chute de la tension de cellule en début de charge et de décharge, augmente de 7 mV à 0,16 mA.cm 2 à 139 mV à 3 mA.cm 2, révélant ainsi une ESR de 45 Q.cm2— l’écart par rapport à la valeur de 12 Q.cm2 déterminée par impédance est dû au vieillissement du micro-supercondensateur lors des tests de cyclabilité ainsi qu’au temps d’échantillonnage. The flexible micro-supercapacitor is also subjected to galvanostatic charge / discharge tests (Figure 10). A triangular signal is observed for current densities of 0.16 mA.cm 2 at 3 mA.cm 2 , characteristic for a supercapacitor. In addition, an increase in the slope is observed when the current density is higher, confirming the significant decrease in capacity for faster discharges observed during cyclic voltammetry tests. The ohmic drop is manifested by a drop in cell voltage at the beginning of charge and discharge, increases from 7 mV at 0.16 mA.cm 2 to 139 mV at 3 mA.cm 2 , thus revealing an ESR of 45 Q.cm 2 - the deviation from the value of 12 Q. Impedance-determined cm 2 is due to aging of the micro-supercapacitor during cycling tests as well as sampling time.

Une micro-supercapacité intégrée a donc été préparée par la technique d’écriture laser directement sur le Kapton™, qui présente une capacité de 27 mF.cm 2 à 5 mV.s 1 en milieu 1 M H2S04, surpassant la plupart des micro-supercondensateurs intégrés sur substrat flexible. Celle-ci présente une bonne stabilité de performances lors de cyclages (testé jusqu’à 10 000). An integrated micro-supercapacity was therefore prepared by the laser writing technique directly on the Kapton ™, which has a capacity of 27 mF.cm 2 to 5 mV.s 1 in medium 1 MH 2 S0 4 , surpassing most micro-supercapacitors integrated on a flexible substrate. This has good stability of performance during cycling (tested up to 10,000).

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé d’élaboration d’électrode sur un substrat, ledit procédé comprenant :A method of producing an electrode on a substrate, said method comprising: (i) une étape de dépôt d’un précurseur d’or en dispersion dans un solvant ou mélange de solvants sur ledit substrat ; puis (i) a step of depositing a gold precursor dispersed in a solvent or solvent mixture on said substrate; then (ii) une étape de dépôt d’un précurseur d’un matériau actif en dispersion dans un solvant ou mélange de solvants permettant le stockage électrochimique de l’énergie, sur ladite couche obtenue à l’étape (i);  (ii) a step of depositing a precursor of an active material dispersed in a solvent or mixture of solvents for the electrochemical storage of energy, on said layer obtained in step (i); (iii) l’irradiation laser de la bi-couche ainsi réalisée selon le motif désiré ; et (iii) the laser irradiation of the bi-layer thus produced according to the desired pattern; and (iv) le retrait des parties du dépôt non irradiées par lavage. (iv) removing the non-irradiated portions of the deposit by washing. 2. Procédé selon la revendication 1 , tel que le précurseur du matériau actif est un précurseur du métal oxydé ou un précurseur contenant un sel métallique qui sous irradiation se décompose. 2. The method of claim 1, wherein the precursor of the active material is a precursor of the oxidized metal or a precursor containing a metal salt which under irradiation decomposes. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 tel que le matériau actif est choisi parmi les métaux de transition et leurs oxydes tels que Ru02, NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, Sn02, Nb205 ; le carbone et les carbures ; les nitrures et les carbonitrures de métaux de transition ; où x désigne le degré d’oxydation du métal considéré. 3. Method according to claim 1 or 2 such that the active material is selected from transition metals and their oxides such as Ru0 2 , NiO, CoO, FeOx, MnOx, ZnO, SnO 2 , Nb 2 0 5 ; carbon and carbides; nitrides and carbonitrides of transition metals; where x denotes the degree of oxidation of the metal in question. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que le substrat est une feuille de polyimide. The method of any of the preceding claims, wherein the substrate is a polyimide sheet. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes tel que l’étape5. Method according to any one of the preceding claims, such as the step (i) est réalisée par « spin-coating » au moyen d’une dispersion de HAuCI4.3H20 dans un solvant ou mélange de solvants et comprenant au moins un composé cellulosique. (i) is carried out by "spin-coating" by means of a dispersion of HAuCl 4 .3H 2 O in a solvent or solvent mixture and comprising at least one cellulosic compound. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes tel que l’étape6. Method according to any one of the preceding claims, such as the step (ii) est réalisée au moyen d’une dispersion du précurseur de matériau actif dans un solvant ou mélange de solvants. (ii) is carried out by means of a dispersion of the precursor of active material in a solvent or mixture of solvents. 7. Electrode susceptible d’être obtenue selon le procédé d’élaboration selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est composée d’une bicouche majoritairement composée d’or, puis de de matériau actif, déposés sur ledit substrat. 7. Electrode obtainable according to the production method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is composed of a bilayer mainly composed of gold, then of active material, deposited on said substrate. 8. Procédé de fabrication d’un microdispositif électronique comprenant le procédé d’élaboration d’une électrode selon l’une quelconque des revendications précédentes. 8. A method of manufacturing an electronic micro-device comprising the method of developing an electrode according to any one of the preceding claims. 9. Micro-supercondensateur susceptible d’être fabriqué par le procédé selon la revendication 8. Micro-supercapacitor capable of being manufactured by the process according to claim 8. 10. Microsupercondensateur selon la revendication 9 comprenant : An ultracapacitor according to claim 9 comprising: - un substrat souple ;  a flexible substrate; - ledit substrat étant recouvert d’une couche de matériau composite comprenant de l’or, du Ru02 et du métal Ru. said substrate being covered with a layer of composite material comprising gold, RuO 2 and Ru metal.
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