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Des polymères électroactifs d'avenir - Grenoble INP - G2Elab

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UMR 5269
 
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Publié le 13 février 2013
 
Générateurs autonomes d’énergie à base de polymères électroactifs
 

            Schéma de notre prototype de générateur autonome d'énergie

Contexte de la thèse 

 Parmi les challenges des années à venir en terme de recherche et d'innovation, le développement de dispositifs autonomes d'énergie tient une large place. Par dispositif autonome', on entend un système capable de générer et/ou récupérer de l'énergie à partir de conditions extérieures (vibrations mécaniques, pression, vent, vagues, température...) auxquelles ce système va être soumis. L'utilisation de polymères électroactifs constitue une voie particulièrement innovante pour la génération et la récupération d'énergie de systèmes autonomes. Ces matériaux sont souples, modelables à façon (possibilité de réaliser des géométries 3D complexes), peu chers, biocompatibles et permettent de récupérer des densités d'énergie 100 fois plus élevées que celles obtenues avec des matériaux piézoélectriques. L'objectif de ce travail de thèse s'inscrit dans le développement de tels dispositifs sur lesquels plusieurs verrous existent et qui limitent les applications. Parmi ces verrous, l'utilisation d'un générateur haute-tension en amont du polymère est aujourd'hui nécessaire au fonctionnement du système.

Avancées amenées par le travail de thèse

Dans des travaux très récents, nous avons démontré théoriquement et expérimentalement qu'il était possible de remplacer le générateur haute-tension par un polymère biocompatible jouant le rôle d'un électret (= matériau réservoir' de charges électriques sur des durées pouvant s'étendre sur plusieurs années). Une densité d'énergie générée de plusieurs mJg-1 est réalisable avec un tel dispositif optimisé. La disponibilité d'un tel générateur simplifie également l'électronique de commande qui était jusqu'alors nécessaire pour cadencer la partie amont de la partie aval du polymère. Ce générateur à base d'électret accolé au polymère électro-actif est tout à fait original à une échelle internationale*. Ces récentes avancées scientifiques ouvrent des perspectives d'applications innovantes (et bien réelles!) comme par exemple des générateurs autonomes d'énergie biocompatibles pour des pacemakers ou sphincters.

* N.B. : Notre article qui vient de paraître dans la revue Smart Materials and Structures, a été signalé par l'éditeur sur le site web du journal comme featured article' (article de fort intérêt). 

 

Validation du prototype : énergie générée par un marcheur et un coureur  

  

           Puissance récupérée par notre prototype

 

1.        T. Vu-Cong, C. Jean-Mistral, A. Sylvestre, Impact of the nature of the compliant electrodes on the dielectric constant of acrylic and silicone electroactive polymers', Smart Materials and Structures, 21, 105036 (10 pp.), 2012.

2.        C. Jean-Mistral, T. Vu-Cong, A. Sylvestre, Advances for dielectric elastomer generators: replacement of high voltage supply by electret', Applied Physics Letters, 101, 162901 (5 pp.), 2012.

3.        T. Vu-Cong, C. Jean-Mistral, A. Sylvestre, Electrets substituting external bias voltage in dielectric elastomer generators: application to human motion ', Smart Materials and Structures, 22, 025012 (13 pp.), 2013.

 

Ce travail est réalisé en collaboration entre le G2Elab et le LaMCoS.

 
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