고성능 온칩 3D 리튬 이온 마이크로배터리의 홀로그램 패터닝

센서, 무선 통신 장치, 개인 건강 모니터링 시스템 및 자율 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)이 분산되고 소형화됨에 따라 미니어처화된 통합 전원 공급원에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 박막 배터리는 온칩 통합에 적합하지만 단위 면적당 에너지와 전력이 제한적입니다. 3차원 전극 설계는 단위 면적당 훨씬 더 큰 전력과 에너지를 제공할 가능성이 있지만, 현재까지 3D 마이크로배터리를 실현하기 위한 노력은 고체 전극(따라서 낮은 전력)이나 제조 또는 온칩 통합과 호환되지 않는 메소 구조 전극을 가진 프로토타입으로 이어졌습니다. 여기에서는 LiMnO2 음극과 초커패시터 유사 전력(3,600 μW cm(-2)⋅μm(-1) 피크)을 가진 NiSn 양극을 기반으로 한 고 에너지 밀도(6.5 μWh cm(-2)⋅μm(-1)) 3D 메소 구조 Li-ion 마이크로배터리를 제조하는 온칩 호환 방법을 시연합니다. 메소 구조 전극은 3D 홀로그램 리소그래피와 기존의 포토리소그래피를 결합하여 제조되어 내부 전극 메소 구조와 기판에서의 전극의 공간 분포를 결정적으로 제어할 수 있습니다. 결과 완전 셀은 인상적인 성능을 보여주며, 예를 들어 conventional light-emitting diode(LED)는 200주기 동안 4 mm(2) 면적의 10-μm 두께 마이크로배터리로부터 500-μA 피크 전류(600-C 방전)로 구동됩니다. 구조적 매개변수를 조정한 결합된 실험 및 모델링 연구는 3D 홀로그램 리소그래피에 의해 가능해진 독특한 설계 유연성을 설명하고 주어진 응용 프로그램에 대한 최적화 지침을 제공합니다.