On-chip micro-supercapacitors based on nano-structured carbon materials

The increasing number of functions in portable electronic devices requires more and more energy and power within a limited space. Li-ion thin film or so-called micro-batteries are the current solution for power supply. Drawbacks of these storage elements are poor power performance with limited life-span and temperature range. Carbon-based microsupercapacitors, on the other hand, are able to deliver energy in short time, thus offering high power capability, to work at low temperature and they present an unlimited life-span. This thesis proposes several carbon-based micro-supercapacitors, to be integrated on a silicon substrate together with other electronics components or sensors. They are foreseen as a potential replacement or complement of Li-ion micro-batteries to enhance the total performance of the whole power source system. The thesis work is mainly focused on adapted materials and technologies for enabling micro-supercapacitors realization. Two types of on-chip micro-supercapacitors with planar interdigitated electrodes configuration were developed: one prepared from Electrophoretic deposition (EPD) and its combination of different carbon materials and different types of electrolytes, the other from patterned titanium or silicon carbide derived carbon film (TiC-CDC or SiC-CDC) on Si chip with different microfabrication techniques. Onion like carbon-based micro-supercapacitor by EPD shows high power delivery (scan rate up to 100V/s) in organic electrolyte, and high temperature range (-50 °C - 80 °C) in a eutectic mixture of ionic liquids. Different techniques for patterning carbide films have been developed to fabricate a CDC based microsupercapacitor: reactive ion etching (RIE) or focused ion beam (FIB). TiC-CDC film based micro-supercapacitors show promising preliminary results. The developed technologies pave the way to a full and effective integration of micro-size energy storage devices on-chip.

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Additional Info

Field Value
Source https://theses.hal.science/tel-00835320
Author Huang, Peihua
Maintainer CCSD
Last Updated May 10, 2026, 16:34 (UTC)
Created May 10, 2026, 16:34 (UTC)
Identifier tel-00835320
Language en
Rights https://about.hal.science/hal-authorisation-v1/
contributor Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)
creator Huang, Peihua
date 2013-01-08T00:00:00
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metadata_modified 2026-04-16T00:00:00
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