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通常，MB 的总占地面积在平方毫米甚至平方厘米量级，或者电极厚度限制在 10 毫米以内，对于 3D 配置，体积则为亚立方毫米。根据微电极的几何形状，MB 可分为 1D 形状、2D/3D 堆叠结构和 2D/3D 平面配置。15 – 17 与传统电池的三明治结构（仅允许离子沿垂直方向扩散）不同，MB 独特的电极结构可以缩短离子传输路径，提高倍率性能和功率密度。特别是具有叉指微电极的平面 MB 表现出多方向离子扩散机制，极大地促进了反应动力学。 18,19 此外，从结构角度考虑，采用浆料浇铸法制备的传统电池难以满足微电子的美学多样性和形状可定制性要求。20 – 22 值得注意的是，MB 可以通过各种微加工方法解决上述形状多样性和定制结构的问题，例如光刻、23,24 激光划片、25 – 27 电沉积、28,29 丝网印刷、30,31 和 3D 打印技术。32 – 34 光刻
微电池项目
电源，因此将有助于当前智能系统的小型化，以便在所有身体层面（例如皮肤、体内和细胞内）进行感知和驱动。将首次实现与 CMOS 电路集成的微电池的开发，并将促进用于众多应用的新型自主设备的开发，在小规模上引入智能和数字化，为可穿戴和可摄入传感器领域的各种应用开辟道路。此外，在下一步中，电池将用智能聚合物钝化/功能化，以响应生物环境条件的变化，因此在发生某种事件时，材料离子电导率的变化会触发电池功能。在这种配置下，电池将成为自激活的化学传感器。从这个意义上讲，候选人将开展以下研究活动：a) 利用硅基微加工工艺开发微电池。阴极和阳极材料的优化和特性。 b) 使用智能聚合物对电池进行功能化，并描述其对生物环境条件（pH、葡萄糖浓度、离子含量）的响应 c) 将微电池与管理电池输出信号的基本 CMOS 电子元件集成。 d) 突破技术极限，将系统缩小到几平方微米。 e) 在实验室级别开发和测试独立的概念验证功能原型。候选人将加入一个高度跨学科的研究团队，其中包括：材料科学研究人员、CMOS 技术专家、生物学家和电化学专家。
超越锂离子的三维微电池
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高性能可拉伸锂离子微电池
由薄膜组成的小型电源（如全固态微电池）已引起人们的关注，以确保可穿戴微电子和物联网 (IoT) 设备的自主性[1-3]。然而，这些刚性元件实现的机械变形非常有限[4-8]，使它们不适合某些应用，如软电子、生物医学贴片，技术挑战在于设计出具有高电化学性能和先进机械性能的储能装置，以防止裂纹引起的变形和随后的电接触损失。因此，已经提出了几种开发柔性微电池的方法来，例如纸状结构[9-12]、海绵/多孔结构[13-15]和纺织电池[16-20]。由于这些设计的可扩展能力仍然很差，据报道，其他配置可以增加微电池的可扩展性，包括纤维形[21]、3D 多孔海绵[22、23]、折纸[24]、波浪形[25]、拱形电极[26]、蜂窝结构[27]和由螺旋弹簧形成的蛇形[28]。为了防止在拉伸应变下出现开裂问题，蛇形金属互连体被用于在薄膜电极之间建立可拉伸的电接触[29]。然而，对于这种桥岛电池设计，大部分表面需要用于连接，只有 28% 的基底被活性材料占据。
基于硅的 3D 锂离子微电池...
物联网 (IOT) 领域中可穿戴设备、智能电子产品和医疗植入物等小型电子设备的市场日益增长，这需要合适的储能设备。锂离子电池 (LIB) 目前是微电子领域的首选电池，因为它们具有较高的重量能量 (W h kg 1 ) 和体积能量 (W hl 1 )。1 然而，传统设计的 LIB（即袋式、棱柱形、圆柱形）难以小型化。另一方面，超级电容器和薄膜电池可以小型化，并且已经用于微电子设备，但却以牺牲能量密度为代价。2 – 5 对于薄膜电池，可以通过实现 3D 结构阴极来提高能量和功率密度。6,7 增材制造微电池是一种很有前途的技术，可以解决与电子设备的集成问题，并且具有
片上微电池：向小型化迈出的一大步；
计算机必须被安置在一个房间里，留给其他计算机的空间很小的时代已经一去不复返了。甚至，存储设备过去也非常笨重，存储信息的能力非常小。同样，计算能力也很小。这要归功于科学技术的最新发展。1-5 半导体行业在空间、高计算能力、更快响应等方面经历了根本性的变化。因此，随着超大规模集成的出现，当前的手机可以完成几乎所有笔记本电脑或计算机可以执行的任务，并具有增强的计算能力。这是因为微型化的巨大进步。该领域取得了如此大的进步，以至于开发人员已经能够制造出比拇指尖还小的微型计算机。与此同时，小型化导致了微型传感器的实现，这些传感器具有灵活性和可穿戴性。然而，需要注意的是。如果计算机和电池没有小型化，这是不可能的。因此，出现了一个称为智能尘埃应用的领域，它基本上包括尺寸较小的微电子设备。另一个重要特征是它们的尺寸小如灰尘。这一方向的兴起催生了许多生物相容性传感器。
用于片上锌离子微电极的先进 3D 微电极...
开发具有更安全、更具成本效益的系统的高性能平面微电池对于为医疗植入物、微型机器人、微型传感器和物联网 (IoT) 等智能设备供电至关重要。然而，由于难以有效地将高容量活性材料加载到微电极上，目前的片上微电池在有限的设备占用空间内能量密度有限。片上微电池需要先进微电极的创新设计。这项工作引入了先进的、高度多孔的 3D 金 (Au) 支架基叉指电极 (IDE) 作为集电器，这能够有效地加载活性材料 (Zn 和聚苯胺)，而不会影响整体导电性，并显著增加活性质量负载。这些基于 3D Au 支架的微电池（3D P-ZIMB）在材料加载到平面 Au IDE 上时，与传统微电池（C-ZIMB）相比，具有显著更高的能量存储性能（增强 135%）。此外，3D P-ZIMB 比大多数高性能片上微电池具有更高的面积容量（≈ 35 μ Ah cm − 2 ）和面积能量（≈ 31.05 μ Wh cm − 2 ），并且它提供比高性能片上微型超级电容器高得多的面积功率（≈ 3584.35 μ W cm − 2 ）。深入的事后调查显示，3D P-ZIMB 避免了材料剥落、电解质离子扩散缓慢和阳极上枝晶形成等问题，同时保持了相同的材料形貌和结构特征。因此，本研究提出了一种智能策略来提高平面微电池的电化学性能并推动片上微电池研究领域的发展。
通过层间策略提高平面片上锌离子微电池的电化学性能
必须开发具有高容量电极和更环保、更经济、更稳定的系统的平面片上微电池，这对于为即将推出的微型片上系统智能设备供电至关重要。然而，由于制造工艺复杂、循环过程中微电极的稳定性以及在有限的设备体积内保持更高容量的挑战，高稳定性微电池领域的研究受到限制。为了满足这一需求，本研究专注于提供高度稳定和高容量的微电极。这涉及在电极材料和集电器之间添加 PEDOT 层，应用于平面聚苯胺阴极和锌阳极设备结构中以增强电荷存储性能。这种简单的策略不仅可以提高设备在长期循环中的稳定性并降低电荷转移阻力，还可以将 0.1 mA cm − 2 时的电荷存储容量从 17.64 μ Ah cm − 2 提高到 19.75 μ Ah cm − 2 。因此，锌离子微电池实现了显著的峰值面积能量和功率，分别为 18.82 μ Wh cm − 2 和 4.37 mW cm − 2。这项工作提出了一种有效的策略来提高平面微电池的电化学性能，这对先进便携式电子产品的发展至关重要。
聚苯胺和水预插 V2O5 正极用于高性能平面锌离子微电池
必须开发具有高容量电极和更环保、更经济高效的系统的高性能平面微电池，这对于为即将推出的智能小型便携式电子设备供电至关重要。为了满足这一需求，本研究以实现高容量阴极材料为中心。这涉及将聚苯胺和水预插入 V 2 O 5 纳米线以增强容量，并与平面设备结构中的 Zn 阳极结合使用以提高电荷存储性能。事实证明，所提出的直接策略不仅可以有效地将电荷存储容量从 235 mAh/g 提高到 200 mA/g 时的 384 mAh/g，还可以减少预激活过程。因此，所获得的具有高容量阴极的锌离子微电池不仅提供了 409 μ Ah/cm 2 的可观面积容量，而且还表现出显著的峰值面积能量密度和功率密度，分别为 306.7 μ Wh/cm 2 和 3.44 mW/cm 2。此外，微电池表现出缓慢的自放电电压响应，即使在 200 小时后仍能保持约 80% 的容量。这项工作提出了一种有效的策略来增强平面微电池的电化学性能，这对先进便携式电子产品的发展至关重要。
Ubicomp 2002 附属会议论文集
简介 要成功实现完全普适计算，每个计算节点都必须能够在没有用户干预的情况下运行。对于需要体积小巧且可移动的计算节点，实现此目标的主要障碍是需要连续的电源。尽管对微电池的研究仍在继续，但这种电源只能容纳有限的能量。目前的薄膜微电池在 4V 左右时只能达到 65 µ Ah/cm 2 的容量（每单位面积的硅）[3]。一个更有吸引力的解决方案是让节点从其环境中获取能量，形成一个自供电系统。这种能量可以是太阳能 [2]、热梯度或某种形式的运动 [1]、[4]。本文对基于运动的主要类型的微型发电机架构进行了比较。这些运动装置将环境机械振动转换为电能，供超低功耗电子设备（例如计算工件）使用。