高功率微型物品设计提供更高的电压和电源

电池能够为微电视，微型机器人和植入的医疗设备提供动力的能力受到了将大型电池的电化学性能转换为显微镜电源的长期技术挑战。

研究人员已经开发伊利诺伊大学Urbana-Champaign。

该研究发表在杂志上细胞报告物理科学亚博老虎机网登录由材料科学和工程学教授保罗·布劳恩（Paul Br亚博老虎机网登录aun）（Grainger杰出工程主席，材料研究实验室主任），Sungbong Kim博士（Matse Postdoc，Matse，现任韩国军事学院助理教授，联合第一作者）和Argh亚博网站下载ya Patra（Arghya Patra（研究生，MATSE，MRL，联合第一作者）。

研究人员证明了密封的（牢固关闭，以避免暴露于环境空气），持久的紧凑型锂电池，具有极低的包装质量分数，具有非凡的操作伏特，功率密度，密度，功率密度，功率密度，功率密度，电压，和能量密度。

我们需要强大的小电池来通过改进电极体系结构并提出创新的电池设计来解锁微观设备的全部潜力。

Paul Braun，伊利诺伊大学Urbana-Champaig亚博老虎机网登录n材料科学与工程教授

面临的挑战是，随着电池的较小，电压区域减少时，包装接管电池的音量和质量。结果，电池的能量和功率大大降低。

该小组创建了革命性的包装技术，该技术利用正面和负终端电流收集器作为包装本身（而不是独立实体）的一部分，在其独特的强大微生物设计中。

这使电池的体积少（≤0.165厘米³）和低包装分数（10.2％）。此外，科学家将电极单元串联（因此每个电池的电压添加）垂直堆叠，从而使电池的高工作电压能够。

增强这些微生物的另一种方法是使用提供能量密度的非常致密的电极。聚合物和碳添加剂占正常电极体积的40％以上（不是活性材料）。亚博网站下载Braun的组创建了使用中等温度直接电沉积技术的电极，这些电极完全密集并且不含聚合物和碳添加剂。

这些致密电极的容量密度比商用电极高。密集的电镀直接板^TM值licoo₂这项研究中使用的电极是由Xerion Advanced Battery Corporation（XABC，Dayton，Ohio）开发的，该公司是由Braun研究开发的公司。

迄今为止，微纳米量表的电极体系结构和细胞设计仅限于以孔隙率和体积能量密度为代价的功率致密设计。我们的工作已经成功地创建了一个显微镜能源，该能源既表现出高功率密度又表现出容量密度。

Arghya Patra，伊利诺伊大学Urbana-Champaign大学的联合首先作家和研究生

Powering insect-sized microrobots to gather vital information during natural disasters, in hazardous environments, and in search and rescue missions, where direct human access is difficult, is a major application field for these microbatteries.

The high voltage is important for reducing the electronic payload that a microrobot needs to carry. 9 V can directly power motors and reduce the energy loss associated with boosting the voltage to the hundreds or thousands of volts needed from some actuators. This means that these batteries enable system level improvements beyond their energy density enhancement so that the small robots can travel farther or send more critical information to human operators。

詹姆斯·皮库尔（James Pikul），宾夕法尼亚大学机械工程和应用机械师系的研究合着者兼助理教授

“我们的工作弥合了材料化学交汇处的知识差距，独特的材料制造要求，可为能量密集的平面微生物配置以及施加的纳米微电子电源，亚博网站下载这些纳米微电机需要高压，板载型电源，以驱动微型驱动器和微动物，”金补充说。

“我们当前的微型设计非常适合高能，高电压，高压，单递送应用。下一步是将设计转换为所有固态微生物平台，这些平台本质上会比液体细胞更安全，更能致密，”布劳恩（Braun）是电池小型化领域的先驱。

詹姆斯·H·皮克尔（James H.MRL，UIUC）和Pengcheng Sun博士（MRL，UIUC）也为这项研究做出了贡献。

期刊参考：

Kim，S。，et al。（2022）串行集成的高压和高功率微型电池。细胞报告物理科学亚博老虎机网登录。doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101205。

来源：https://illinois.edu/