Clara Moldovan reçoit une bourse Innosuisse

© 2021 EPFL

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Collaboratrice scientifique dans le laboratoire de dispositifs nanoélectroniques de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur, Clara Moldovan vient de recevoir un financement pour sa recherche intitulée « SmartEnergy - Nanocarbon Energy Storage Integrated with Piezoelectric Energy Source for Smart Factory Applications ».

Grâce au fond reçu, 350'000 CHF pour 18 mois, la scientifique, ainsi que Edwin Zea Escamilla, Senior Assistant à la Chaire de construction durable à l'ETH Zürich, vont travailler sur une source unique de stockage d'énergie à haute densité basée sur un supercondensateur en nanocarbone intégré à un collecteur d'énergie et à l'électronique pour remplacer les batteries. Cette recherche ouvrira ainsi la voie à des sources d'énergie propres, renouvelables et miniaturisées permettant d'installer des capteurs IoT sans fil autonomes dans des endroits éloignés. Il s’agit d’une collaboration l'ETH Zürich pour effectuer une analyse du cycle de vie et évaluer l'impact environnemental de leur recherche et assurer un remplacement écologique des batteries actuelles. 

Le projet réunit 6 partenaires de 3 pays de l'Union européenne. Les partenaires suisses l'EPFL et l'ETH Zurich, ainsi que IMT-Bucharest, Renault Technologie Roumanie, Łukasiewicz Instytut Technologii Elektronowej et MEdbryt de Pologne travailleront à la mise au point d'une nouvelle source d'énergie piézoélectrique pour remplacer les sources d'énergie conventionnelles et réduire considérablement l'impact environnemental.

Résumé scientifique

There is an increasing demand for clean energy and energy efficient autonomous integrated systems, attributed to the increasing adoption rate of wireless sensor networking (WNS) and the Internet of Things (IoT) for home automation, smart factories and control systems, which combine energy harvesting devices and sensors. In Switzerland, buildings use about 40% of the energy consumed per year, and account for over 25% of all CO2 emissions. Thus, improving builiding energy management would result in a significant impact.

The IoT market is emerging and expected to reach $5 billion by 2025 and forecasts predict more than 23 billion battery powered IoT devices in 2025. It is also emphasized that users of IoT devices would require a battery that lasts for more than 5 years and current battery technologies have severe limitations for this use case, they have a reduced lifetime and changing them yields high maintenance costs, they get degraded at low or high temperatures, limiting their use, pose safety issues and more importantly this has a huge negative impact on the environment throughout all the value chain, from metals mining to battery manufacturing.

This project is linked to an M.ERA-NET proposal, in which our role is to develop a energy storage solution based on carbon nanotubes hybrid supercapacitors capable of ultra-fast charging in just few minutes, while extending the lifetime by 30x (charging cycles) and using abundant, environmentally friendly materials. Moreover, our energy storage supercapacitor can be fabricated directly on chip and integrated with energy harvesters and electronics for a miniaturized, cost effective and efficient self-sustainable energy source for IoT. The integrated solution with energy harvester, storage and electronics on chips, has the potential to enable self powered, maintenance free, connected IoT sensor nodes and significantly reducing their costs and favour their adoption due to no CO2 emissions and environmentally friendly energy sources.