Micronanofabrication | MEMS Préparation de systèmes de micro-énergie

Avec l'amélioration du niveau technologique du micro-usinage et de la microélectronique, les systèmes MEMS ont connu un développement significatif. Limités par la taille des dispositifs d'alimentation en énergie courants, leur faible densité énergétique, leur courte durée de vie et d'autres défauts, les dispositifs de micro-énergie tels que les dispositifs d'alimentation en énergie ont progressivement attiré l'attention du public et sont devenus une partie importante des systèmes MEMS. Les points chauds de la recherche actuelle dans le domaine de la micro-énergie comprennent : les piles miniatures au zinc-nickel, les piles miniatures au lithium, les piles à combustible miniatures, les piles solaires miniatures, les piles isotopiques miniatures, les moteurs à combustion interne miniatures, la micro-énergie par vibration, les générateurs à friction.

cellule miniature                         

Piles miniatures zinc-nickel

La batterie zinc-nickel est une sorte de batterie verte avec une tension de fonctionnement élevée, une énergie spécifique élevée et un bon taux de décharge. Bipolar et Brigham Young University ont développé une variété de structures de batteries zinc-nickel miniatures en utilisant un substrat de silicium comme substrat, NiOOH et Ni comme électrode positive, Zn comme électrode négative et KOH comme électrolyte.

Pile au lithium miniature

Les batteries lithium-ion miniatures à l'état solide fonctionnent selon le même principe que les batteries lithium-ion conventionnelles, et le processus de charge et de décharge est réalisé par le changement réversible des ions lithium entre les matériaux des électrodes positives et négatives. Les batteries lithium-ion à l'état solide présentent les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une bonne performance d'intégration, d'une longue durée de cycle, etc. Elles constituent un type d'élément de stockage d'énergie miniature présentant de grands avantages et peuvent être divisées en structures bidimensionnelles et tridimensionnelles en fonction des différentes formes structurelles.

Micro-piles à combustible

La pile à combustible est un type de dispositif électrochimique qui convertit directement l'énergie chimique en énergie électrique. Elle réalise la conversion d'énergie par réaction de combustion et génère simultanément de l'eau et du dioxyde de carbone. Les piles à combustible ont une densité énergétique élevée, ne polluent pas l'environnement et peuvent fournir de l'électricité pendant une longue période si la densité de compression du combustible est élevée. Tous les types de piles à combustible reposent sur le même principe de base, et leur composition est indissociable de quatre éléments fondamentaux : l'électrolyte (liquide), la cathode, l'anode et l'assemblage.

Cellules solaires miniatures

Le principe de fonctionnement de la cellule solaire consiste principalement à utiliser l'effet photovoltaïque des matériaux semi-conducteurs. Il s'agit d'une source d'énergie renouvelable propre et non polluante, dont la tension de sortie est élevée et qui convient aux systèmes électromécaniques disposant d'une lumière suffisante.

Cellules isotopiques miniatures

Les radio-isotopes émettent des particules au cours du processus de désintégration, et ces particules ont une énergie cinétique. Les piles à isotopes peuvent convertir l'énergie cinétique des particules en énergie électrique. En fonction des différentes formes de conversion, elles sont divisées en types thermiques et non thermiques, les piles à isotopes non thermiques étant également appelées piles nucléaires. Les caractéristiques des piles isotopiques sont les suivantes : haute densité énergétique, petite taille, forte résistance aux interférences, longue durée de vie, et pas besoin d'ajouter des matériaux supplémentaires dans le processus d'utilisation, ce qui ouvre de vastes perspectives d'application dans l'exploration de l'univers.

microgénérateur                                

Moteur à combustion interne miniature

Le moteur à combustion interne est l'une des unités de puissance les plus importantes dans la société d'aujourd'hui, avec les avantages de la compacité et de la puissance élevée. Le moteur à combustion peut être combiné à un générateur pour former un système de production d'énergie.

Micro-énergie vibratoire

L'énergie vibratoire est largement présente dans l'environnement naturel et constitue une sorte d'énergie propre. Le générateur de vibrations miniature peut convertir l'énergie vibratoire de l'environnement en énergie électrique et, dans le système électromécanique, fournir une énergie stable pendant une longue période.

Les générateurs de vibrations miniatures sont principalement divisés en différentes structures : type de conversion électrostatique, type de conversion électromagnétique, type de conversion piézoélectrique.

générateur de friction

Basé sur le principe de la production d'énergie par frottement, l'Institut de technologie de Géorgie (États-Unis) a conçu et démontré un générateur à frottement nanométrique (TENG), qui est un système électromécanique très efficace et stable. Le TENG se compose de deux films minces en matériaux polymères, qui sont périodiquement mis en contact et séparés l'un de l'autre, et pendant le processus de contact, les deux films génèrent une charge électrique par frottement, et pendant le processus de séparation, la charge électrique est transférée pour former un courant électrique.

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