
SIMBA
Microbatterie Sodium-ion Flexible Biorésorbable
Aperçu
Une microbatterie sodium-ion performante, flexible, implantable et biorésorbable
Pr. Thierry DJENIZIAN (Centre Microélectronique de Provence – Ecole des Mines de Saint-Etienne)
SIMBA a pour objectif de fabriquer une microbatterie sodium-ion performante, flexible, implantable sous la peau et entièrement biorésorbable. Cet accumulateur sera uniquement composé de matériaux biocompatibles qui seront dégradés et éliminés par l’organisme de manière contrôlée tandis qu’une conception d’électrodes 3D assurera les propriétés mécaniques et des performances électrochimiques améliorées pour alimenter divers dispositifs bioélectroniques implantés dans le corps humain. Cette technologie apporte une solution énergétique pour l’internet des objets dans le domaine de la santé et tout particulièrement pour les implants médicaux temporaires.
Mots-clés
Accumulateur, Technologie Na-ion, Biorésorbabilité, Implants médicaux, IoT santé
Les tâches
Nos recherches
Etude des composants de la batterie
Il s’agit de concevoir des électrodes et électrolytes à base de matériaux compatibles avec le vivant. Pour atteindre ce but, il est prévu de :
- Synthétiser et caractériser les matériaux actifs et proposer des formulations d’électrode.
- Préparer des électrolytes polymères biorésorbables et solubles en milieu aqueux.
- Évaluer les performances électrochimiques des matériaux en demi-cellule.
- Etudier les comportements des matériaux durant les tests électrochimiques et décrypter les mécanismes réactionnels mis en jeu.
Fabrication des microbatteries Na-ion flexibles
L’objectif est de réaliser l’assemblage des batteries complètes et de caractériser leurs propriétés électrochimiques et mécaniques. Les efforts porteront sur :
- le contrôle de l’épaisseur et la nature du substrat souple qui déterminera également le temps de vie de la batterie dans des conditions in-vitro.
- La microstructuration des électrodes qui assure la flexibilité du dispositif et confère des propriétés électrochimiques avancées.
- La caractérisation physico-chimique des systèmes, leur optimisation ainsi que la réalisation de prototypes.
Caractérisation physico-chimique des interfaces
Il faut identifier les phénomènes se produisant aux interfaces établies entre électrodes / électrolyte et électrodes / collecteurs de courant afin de mieux comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu et d’optimiser les performances de la batterie. L’accent sera mis tout particulièrement sur :
- La caractérisation des différents matériaux et de leurs interfaces avant et après cyclage par XPS, Auger et SIMS
- L’analyse des interfaces « enterrées » et la cartographie chimique par ToF-SIMS
- La réalisation de mesures in situ et operando par SIMS.
Comportement de la batterie dans des milieux biologiques
La dégradabilité de la batterie ainsi que la non-toxicité des matériaux utilisés sont des aspects importants du projet qui sont adressés dans cette dernière tâche dont le but est de :
- Caractériser la dégradation des batteries résorbables en milieu aqueux et biologique.
- Vérifier que les matériaux utilisés ne sont pas cytotoxiques.
- Valider la biorésorbabilité ainsi que la biocompatibilité par des tests in vivo.
Le consortium
3 laboratoires académiques
- La formulation de nouveaux matériaux pour la technologie Na-ion et la compréhension des mécanismes réactionnels mis en jeu.
- La conception d’une batterie de nouvelle génération de par son design et ses applications dans le domaine médical et l’IoT.
- La faisabilité avérée de l’approche proposée dans SIMBA par la réalisation d’une preuve de concept et la fabrication de prototypes fonctionnels.
Outre la base d’une future solution énergétique pour l’IoT dans le domaine de la santé, la « technologie verte » proposée dans SIMBA répond également à une exigence environnementale majeure en s’affranchissant du problème de recyclage des composants toxiques.
Formation de 4 doctorants et 1 post-doctorant

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