Мікромасштабні електрохімічні системи зберігання енергії з високою системною продуктивністю, чудовою щільністю елементів, регульованою ємністю та вихідною напругою є перспективними для мініатюрної електроніки.
Спільна дослідницька група під керівництвом професора Ву Чжуншуая та професора Лу Яо з Даляньського інституту хімічної фізики (DICP) Китайської академії наук (CAS) у співпраці з групою професора Чен Хуіміна з Шеньчженьського інституту передових технологій та Інститут дослідження металів CAS розробив монолітні інтегровані мікросуперконденсатори з надвисокою системною об’ємною продуктивністю та площинною вихідною напругою.
Вбудовані між штрихові мікросуперконденсатори (MSC) без роздільників і зовнішніх металевих з’єднувальних дротів і водночас з надійною електрохімічною характеристикою та регульованим з’єднанням можуть підвищити щільність кількості елементів і системну продуктивність для монолітних інтегрованих MSC (MIMSC) із бажаною можливістю налаштування в обмеженому режимі. простір.
Однак масштабоване виробництво повнофункціональних компактних MIMSC з високою системною продуктивністю, чудовою щільністю кількості клітин і регульованою продуктивністю все ще є складним завданням. Це пов’язано з труднощами точного осадження електролітів на щільно упакованих МСК для електрохімічної ізоляції, втратою електрохімічних характеристик під час складних процедур мікрофабрикації та обмеженою одноманітністю продуктивності численних окремих комірок у великомасштабних масивах.
У цьому дослідженні дослідники розробили універсальну та високопродуктивну стратегію мікровиробництва для розв’язання вищевказаних проблем шляхом поєднання багатоетапного літографічного візерунка, розпилювального друку мікроелектродів MXene та контрольованого тривимірного (3D) друку гелевих електролітів.
Вони виготовили монолітну інтеграцію електрохімічно ізольованих мікросуперконденсаторів у безпосередній близькості, використовуючи методи створення мікросхем з високою роздільною здатністю для осадження мікроелектродів і 3D-друк для точного осадження електроліту.
Вони отримали MIMSC з високою площевою щільністю 28 клітин см-2 (400 клітин на 3,5×4,1 см2), рекордною площинною вихідною напругою 75,6 В см-2, прийнятною системною об’ємною щільністю енергії 9,8 мВт·год см-2.3, і збереження високої ємності 92% після 4000 циклів при вихідній напрузі 162 В.
«Ця робота прокладає шлях для монолітних інтегрованих і мікроскопічних накопичувачів енергії для живлення мікроелектроніки майбутнього», — сказав професор Ву.