Baterai mikro 3D baru memenuhi standar industri film tipis
Spotlight

Baterai mikro 3D baru memenuhi standar industri film tipis


Kredit: CC0

Baterai lithium-ion film tipis yang digunakan dalam perangkat mikro seperti perangkat elektronik portabel dan medis dapat menyuplai daya yang cukup besar dibandingkan dengan massanya, tetapi tidak memberikan daya yang cukup untuk banyak perangkat karena ukurannya yang terbatas. Para peneliti telah memperkenalkan proses fabrikasi yang membangun baterai mikro dengan elektroda 3D yang tebal menggunakan litografi dan elektrodeposisi — dan menyegel setiap unit dalam paket berisi elektrolit gel. Prototipe baru menunjukkan kepadatan daya puncak tertinggi dari setiap baterai mikro yang dilaporkan, kata para peneliti.

Studi baru, yang dipimpin oleh peneliti postdoctoral University of Illinois Urbana-Champaign Pengcheng Sun dan profesor ilmu dan teknik material Paul Braun, diterbitkan dalam jurnal tersebut. Material Lanjutan.

Sebagian besar baterai mikro memiliki anoda dan katoda yang sangat tipis dan datar, yang sangat bagus untuk menghemat ruang tetapi tidak memenuhi kebutuhan transmisi nirkabel untuk teknologi masa kini, kata para peneliti.

“Jawabannya mungkin menggunakan elektroda yang lebih tebal, yang dapat menahan lebih banyak energi pada tapak terbatas, tapi itu saja hanya akan meningkatkan jalur yang harus dilalui ion dan elektron, mengurangi daya,” kata Sun. “Menggunakan elektroda berpori 3D yang diisi dengan elektrolit cair dapat mempersingkat jalur ini, tetapi sangat menantang untuk mengemas baterai mikro semacam itu.”

Tim tersebut mengatakan ada satu studi yang menggunakan litografi cetak untuk membangun baterai mikro 3D yang mencapai daya puncak tinggi menggunakan elektrolit cair, tetapi kinerja contoh itu diukur dari baterai yang tidak disegel dalam kondisi laboratorium.

Dalam studi baru, tim mengembangkan proses pengisian kapiler unik yang dapat mengisi elektrolit gel ke dalam elektroda berpori 3D, memungkinkan pengemasan mikrobattery yang kedap udara.

“Menggunakan elektrolit gel yang lebih kental daripada cairan memberi kita lebih banyak kendali,” kata Braun. “Sifat gel dari elektrolit memberi kita lebih banyak waktu untuk menutup baterai tanpa elektrolit tumpah. Dan, secara default, gel juga membuat baterai lithium-ion lebih aman karena lebih kecil kemungkinannya untuk bocor, yang bisa menjadi masalah pada baterai lithium-ion berisi elektrolit cair. “

Sel baterai baru yang dikemas memiliki energi tinggi dan kepadatan daya masing-masing 1,24 Joule per sentimeter persegi dan 75,5 miliwatt per sentimeter persegi, yang sekitar sepuluh kali lebih baik daripada yang tersedia saat ini, kata para peneliti. Baterai dapat didaur ulang 200 kali dalam kondisi normal dengan 75% retensi dari kapasitas pelepasan awal. dan menggunakan elektrolit cair, baterai baru memberikan kepadatan daya yang lebih tinggi dari 218 miliwatt per sentimeter persegi, laporan studi tersebut, menunjukkan potensi untuk peningkatan lebih lanjut.

Baterai mikro 3D baru memenuhi standar industri film tipis

Baterai yang memberi daya pada perangkat mikro masa kini memiliki elektroda yang sangat tipis yang menghemat ruang, tetapi tidak memiliki kekuatan yang dibutuhkan untuk teknologi nirkabel saat ini. Sebagai tanggapan, peneliti pascadoktoral Illinois Pengcheng Sun dan rekan-rekannya telah mengembangkan cara untuk membuat baterai mikro yang lebih kuat dengan menggunakan bahan dan teknik fabrikasi yang berbeda. Kredit: L. Brian Stauffer

“Baterai mikro kami dapat memberikan kekuatan otonom skala mikro selama 132 hari,” kata Sun. “Ini didasarkan pada asumsi yang masuk akal bahwa perangkat jenis ini membutuhkan 5 mikrowatt dalam mode siaga dan 5 miliwatt selama transmisi data, ketika waktu siaga adalah 100 detik dan waktu pengiriman adalah 10 milidetik.”

Tim tersebut mengatakan teknik fabrikasi dan pengemasan yang digunakan dalam studi ini dapat mempercepat pengembangan perangkat penyimpanan skala mikro solid-state dengan konfigurasi elektroda 3D yang kompleks.


Cara mencegah korsleting pada baterai litium generasi berikutnya


Informasi lebih lanjut:
Pengcheng Sun dkk. Baterai Mikro Lithium ‐ Ion 3D Paket Berkinerja Tinggi yang Dibuat Menggunakan Imprint Lithography, Material Lanjutan (2020). DOI: 10.1002 / adma.202006229

Disediakan oleh University of Illinois di Urbana-Champaign

Kutipan: Baterai mikro 3D baru sesuai dengan standar industri film tipis (2021, 6 April) diambil pada 6 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-3d-microbatteries-industry-standard-thin-film. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini