平面微型锌空气电池为芯片集成提供能源方案
2026-02-10 15:08
来源:塔塔基础研究所
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为解决微型电子设备缺乏合适电源的难题,一项国际合作研究成功开发出一种可集成于芯片的平面微米级锌空气电池。该研究成果由印度海德拉巴塔塔基础研究所与英国伦敦大学学院的科研人员共同完成,为微型传感器与机器人等设备实现能源自主提供了新的微芯片电源方案。

上图:分别采用Zn和Co/Ni电沉积法制备阳极和阴极的CN-ZAMB(图中插图展示了阳极处可逆的Zn⇌ZnO转化以及阴极处由NH₄⁺、Zn₂⁺、Cl⁻等电解质离子和H₂O分子促进的双功能ORR/OER过程)。下图:(左) Au叉指电极芯片(总面积2.25 cm × 0.75 cm,活性面积1.15 cm × 0.6 cm)、CN-ZAMB和Pt-ZAMB的数码照片。(右)三个串联的Pt-ZAMB有效地为室内外温湿度计供电。

传统电池在微型化后往往面临性能与体积的矛盾。研究团队设计的这种微型锌空气电池采用了创新的平面结构,其阴极与阳极位于同一层面,而非传统堆叠方式,从而实现了更薄的形态。电池以宽度为200微米的叉指电极工作,并使用近中性的凝胶电解质,兼顾了电化学性能与安全性。这种微芯片电源能够直接在芯片上制造,为核心电子元件提供能量。

这种平面微型电池利用空气中的氧气参与反应,减少了内部储能材料的用量,是其得以微型化的关键。团队成员Subhra Pattanayak指出:“这表明芯片级系统现在可以拥有自己的板载电源,从而实现完全自主的微型器件。”在测试中,该电池成功点亮了LED并为数字温度计供电,验证了其作为微型锌空气电池为小型设备供能的实用性。

当前研究的挑战在于提升电池的循环寿命,未来工作将集中于优化电极材料以抑制衰减。若能成功改进,此类微芯片电源有望推动可穿戴设备、植入式医疗传感器及微型机器人等领域的进一步发展。

更多信息:作者:Subhra R. Pattanayak等人,标题:《用于高电流运行的叉指电极芯片上的微型近中性锌空气电池》,发表于:Small Methods(2025)。期刊信息:小型方法

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