Integratable all-solid-state thin-film microbatteries

微电子 材料科学 炸薯条 消散 相容性(地球化学) 固态 纳米技术 纳米尺度 光电子学 电气工程 计算机科学 工程物理 工程类 复合材料 物理 热力学
作者
Bingyuan Ke,Xinghui Wang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (16): e2415693122-e2415693122 被引量:8
标识
DOI:10.1073/pnas.2415693122
摘要

Large-scale integration of microbattery systems on chips has long been hindered by the technical barrier between electrochemistry and microelectronics, particularly in terms of the compatibility of microbattery cells and their collective manufacturability. In this work, a silicon-based all-solid-state thin-film microbattery cell is developed at low temperatures for on-chip integration applications. Stress management at the interfaces covering both the resistance to interfacial fracture and the stress dissipation through strain regulation enables microbattery cells to deliver a high-rate performance (34.4 mA cm −2 ), fast charge–discharge properties (1,000,000 cycles at 20 mA cm −2 ), and high-temperature tolerance (150 °C) under zero stack pressure. An intrinsic relationship among lithium utilization ratio, strain, stress, and interface manifestation is uncovered. A collective microfabrication protocol for on-chip microbattery packs is proposed, resulting in a prototype of series-connected microbattery packs. This work focuses on practically addressing the technologies and challenges in engineering on-chip microbattery systems for large-scale integration.
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