High Energy Density Picoliter Zn-Air Batteries for Colloidal Robots and State Machines

微尺度化学 纳米技术 材料科学 储能 功率密度 测距 电池(电) 双晶片 记忆电阻器 电气工程 功率(物理) 电压 计算机科学 工程类 物理 电信 数学教育 数学 量子力学
作者
Ge Zhang,Jingfan Yang,Gonzalez-Medrano, David,Marc Z. Miskin,Volodymyr B. Koman,Yuwen Zeng,Sylvia Xin Li,Matthias Kuehne,Albert Y. Liu,Sungyun Yang,Allan Brooks,Michael S. Strano
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2022-20jjz
摘要

The recent interest in microscopic autonomous systems, including microrobots, colloidal state machines and smart dust has created a need for microscale energy storage and harvesting. However, macroscopic materials for energy storage have noted incompatibilities with micro-fabrication techniques, creating significant challenges to realizing microscale energy systems. Herein, we photolithographically pattern a microscale Zn/Pt/SU-8 system to generate the highest energy density microbattery at the picoliter (10^-12 L) scale. The device scavenges ambient or solution dissolved oxygen for a Zn oxidation reaction, achieving an energy density ranging from 760 to 1070 Wh L-1 at scales below 100 μm lateral and 2 μm thickness in size. More than 10,000 devices per wafer can be released into solution as functional colloids with energy stored onboard. Within a volume of only 2 pL each, these microbatteries can deliver open circuit voltages of 1.16 V with total energies ranging from 5.5 ± 0.3 to 7.7 ± 1.0 μJ and a maximum power near 2.7 nW. We demonstrate that such systems can reliably power a micron-sized memristor circuit, providing access to non-volatile memory. We also cycle power to drive the reversible bending of microscale bimorph actuators at 0.05 Hz for mechanical functions of colloidal robots. Additional capabilities such as powering two distinct nanosensor types and a clock circuit are also demonstrated. The high energy density, low volume and simple configuration promise the mass fabrication and adoption of such picoliter Zn-air batteries for micron-scale, colloidal robotics with autonomous functions.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
fafafa发布了新的文献求助10
刚刚
Q777完成签到 ,获得积分20
1秒前
sclorry完成签到,获得积分10
1秒前
LIAOXUJIAO关注了科研通微信公众号
1秒前
2秒前
顾矜应助dd采纳,获得10
2秒前
zuoyueyue完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
阿道完成签到,获得积分10
3秒前
CHENCHAO完成签到,获得积分10
3秒前
小阿楠发布了新的文献求助30
3秒前
任夏发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
研友_8Yo3dn完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
JustinHarry发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
时尚白晴完成签到 ,获得积分10
6秒前
wisher发布了新的文献求助10
6秒前
afatinib完成签到,获得积分10
6秒前
3207781927发布了新的文献求助10
6秒前
衾空发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
willa发布了新的文献求助30
7秒前
duyuqing完成签到 ,获得积分10
7秒前
木头完成签到 ,获得积分10
8秒前
ACTIVE完成签到,获得积分20
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
CodeCraft应助攸宁采纳,获得10
9秒前
tao完成签到,获得积分10
9秒前
香蕉觅云应助Astralys采纳,获得100
10秒前
科研通AI6.4应助Latti采纳,获得10
10秒前
shulin完成签到,获得积分10
10秒前
ph发布了新的文献求助10
10秒前
hanxi发布了新的文献求助10
10秒前
sm应助hugefrog采纳,获得10
11秒前
爱吃香菜完成签到,获得积分10
12秒前
ZXDDDD发布了新的文献求助10
12秒前
高分求助中
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
Organic Reactions Volume 118 400
A Foreign Missionary on the Long March: The Unpublished Memoirs of Arnolis Hayman of the China Inland Mission 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6462785
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8270693
关于积分的说明 17631798
捐赠科研通 5534341
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2906789
邀请新用户注册赠送积分活动 1883704
关于科研通互助平台的介绍 1730348