Etude de la densification de tunnels sur feuille d'aluminium pour la réalisation de condensateurs électrolytiques

Investigation of the tunnel pits densification in an aluminum foil for the realization of electrolytic capacitors.

• Auteur / Autrice : Michaël Belluzzi
• Direction : Denis Buttard, Caroline Du Penhoat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 07/07/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photonique, électronique et ingénierie quantiques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Eric Chainet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Vivier, Michèle Rombaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Arurault, Christine Blanc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensateurs électrochimiques

Aluminium

Traitements de surface

Électrochimie

Mots clés libres

Electrochimie

Condensateurs

Energie

Electrochemistry

Capacitors

Energy

Résumé

Le condensateur électrolytique est un composant majeur de stockage d’énergie sous forme électrochimique dans l’électronique. Ses applications sont variées, allant de l’aérospatiale à l’électroménager. Avec le développement des outils numériques et la demande croissante de technologies toujours plus mobiles et autonomes, des condensateurs de plus en plus performants sont requis, rendant nécessaire l’évolution des techniques de gravure électrochimiques. La capacité d’un condensateur électrolytique est définie par la surface de la feuille d’aluminium de pureté 4N (99,99% Al). Celle-ci constitue l’anode du condensateur électrolytique. Afin d’augmenter cette surface, une gravure micrométrique sous forme de tunnel, perpendiculaire à la surface de la feuille, est réalisée par voie électrochimique. L’électrolyte utilisé est généralement un acide minéral fort.Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé des piqûres sur des feuilles d’aluminium de haute pureté (99,99%), tout en évitant la gravure excessive de l’aluminium. Le but est d’augmenter la surface spécifique développée sur la feuille d’aluminium par la gravure. Pour cela, une méthode permettant de modifier la direction des tunnels lors de leurs propagations dans le matériau est proposée. Celle-ci est aussi étudiée conjointement avec une gravure électrochimique utilisant un nouvel électrolyte, afin d’optimiser les capacités électrostatiques développées sur la feuille d’aluminium. Avec la première méthode, l’augmentation de capacité obtenue est de 8% par rapport à l’existant, et de 27% lors de l’utilisation conjointe avec un nouvel électrolyte. Enfin, une réflexion et une solution est apportée quant au retraitement des solutions de gravures polluées par l’aluminium gravée de cette manière.

Electrolytic capacitors are key components in energy storage via electrochemical charge in electronics, with domains of application ranging from aerospace to home appliance. With the uprising of numerical tools and the growing demand of autonomous and mobile technologies, more efficient capacitors are needed, which lead to an evolution in electrochemical etching technics. Electrolytic capacitor capacitance is given by the area developped on 4N (99,99% Al) aluminum sheet, which form the final capacitor anode. This tunnel micrometric etching, perpendicular to the surface of the foil, is realized by electrochemical etching, using strong mineral acid as electrolyte.In this PhD work, we produced high purity aluminum foil (99,99%) pit etching, by avoiding excessive etching of the aluminum. The goal is to enhance the specific area developped on the foil. To achieve this, a method of directing the propagation of the tunnel during its growth is studied. It is also studied alongside a new electrolyte used to optimize the capacitance developed on the aluminum foil. By the first method, an increase by 8% of the foil capacitance is achieved, further increasing to 27% while using both this method and the new electrolyte. Finally, a solution is studied regarding the treatment of the aluminum polluted etching solution post-etching.