1. Reflow Soldering-Resistant Solid-State 3D Micro-Supercapacitors Based on Ionogel Electrolyte for Powering the Internet of Things
- Author
-
Bouchra Asbani, Laurence Athouël, J. Le Bideau, Camille Douard, Kevin Robert, Thierry Brousse, Christophe Lethien, B. Bounor, Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Renatech Network, Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST), Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN), Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN ), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), This research benefitted from the financial support of the ANR within the DENSSCAPIO project (ANR-17-CE05-0015). The authors would also like to thank the ANR STORE-EX and the RS2E for their financial support. The RENATECH network receives our utmost gratitude. The authors declare no conflict of interest., and ANR-17-CE05-0015,DENSSCAPIO,Supercondensateurs nanostructurés tout-solides pour stockage d'énergie plus dense et plus sûr(2017)
- Subjects
Supercapacitor ,Materials science ,Renewable Energy, Sustainability and the Environment ,business.industry ,Solid-state ,Nanotechnology ,02 engineering and technology ,Electrolyte ,010402 general chemistry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,0104 chemical sciences ,Surfaces, Coatings and Films ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Reflow soldering ,Materials Chemistry ,Electrochemistry ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,0210 nano-technology ,Internet of Things ,business ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS - Abstract
The fabrication of all solid-state 3D micro-supercapacitor is challenging for powering connected and miniaturized emerging electronics devices in the frame of the future Internet of Things paradigm. Here we highlight the design of a specific solid electrolyte based on ethylmethylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonate)imide confined within polyvinylidenefluoride which enables to meet the requirements of safety, easy packaging, and leakage free 3D micro-supercapacitors. This ionogel-based microdevice (2 mm × 2 mm footprint area) exhibits good cycling stability over 30 000 cycles with an areal energy density of 4.4 μWh.cm−2 and a power density of 3.8 mW.cm−2. It can also sustain the high temperature reflow soldering process (∼250 °C–5 min) without damage, which is performed to directly bond surface mounted miniaturized devices onto printed circuit boards. This strategy not only provides a reference for the design of high-performance 3D interdigitated micro-supercapacitors, but also paves the way to their further implementation in miniaturized electronic chips for Internet of Things applications.
- Published
- 2020
- Full Text
- View/download PDF