Étude et développement de récupération d'énergie basés sur des nanogénérateurs triboélectriques pour des autonomes iot et des systèmes intelligents

Abstract

For small autonomous objects used in IoTs, traditional techniques for harvesting energy have long been concentrated on solar, electromagnetic, and piezoelectric conversion processes. These techniques generally do not attain the energy density required at the level of the application. Recent advances in microelectronics have increased the possibility for a more effective and economically feasible energy harvesting technique that offers wide practicality and flexibility in a limited volume. First proposed by Dr. Zhong Lin Wang in 2012, the development of triboelectric nanogenerators matches these needs and has thus grown rapidly. In this thesis, development of high-performance triboelectric nanogenerators with challenges of device optimization to increase the electrical power density in a limited volume has been investigated. Systematic materials selection investigation allows to maximize the surface charge generation and significantly increase the charge density of triboelectric nanogenerators and more generally the electrostatic conversion process. Through advanced device optimization techniques, the triboelectric nanogenerators have been engaged in a demonstration of ambient energy harvesting and allows to reach power density levels compatible to drive a fully practical commercial autonomous device. The applications demonstrated in this thesis work, which contain both scientific understanding and technology developments, exhibit triboelectric nanogenerators as a reliable power source not only for small-scale electronics but could also contribute to large scale power generation.Les techniques traditionnelles de récupération de l'énergie se sont longtemps concentrées sur les processus de conversion solaire, électromagnétique et piézoélectrique. Ces techniques n'atteignent généralement pas la densité d'énergie ou la praticité requise pour des applications de l’internet des objets. Les récents progrès de la microélectronique ont permis la mise au point de techniques de collecte d'énergie plus efficace et économiquement réalisable qui offre une grande praticabilité et une grande flexibilité dans un volume limité. Proposé pour la première fois par le Dr Zhong Lin Wang en 2012, le développement des nanogénérateurs triboélectriques a connu une croissance rapide. Dans cette thèse, le développement de nanogénérateurs triboélectriques à hautes performances avec des défis d'optimisation des dispositifs pour augmenter la densité de puissance électrique dans un volume limité a été étudié. L'étude systématique de la sélection des matériaux permet de maximiser la génération de charges de surface et d'augmenter considérablement la densité d’énergie des nanogénérateurs triboélectrique; et plus généralement le processus de conversion électrostatique. Après optimisation, les nanogénérateurs triboélectriques ont été utilisés dans la démonstration de la récupération de l'énergie ambiante et ont atteint des niveaux de densité de puissance compatibles pour une application commerciale autonome. Les dispositifs développés dans ce travail de thèse, qui contient à la fois des approfondissements des connaissances scientifiques et des développements technologiques, permettent de placer les nanogénérateurs triboélectriques comme une source d'énergie fiable pour l'intégration d'un large éventail d'applications non seulement d'électronique à petite échelle mais potentiellement pour la production d'énergie à grande échelle