High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics

微尺度化学 储能 功率密度 微加工 纳米技术 纳米传感器 光电子学 材料科学 制作 物理 功率(物理) 量子力学 医学 数学教育 数学 替代医学 病理
作者
Ge Zhang,Sungyun Yang,Jing Yang,David Gonzalez-Medrano,Marc Z. Miskin,Volodymyr B. Koman,Yuwen Zeng,Sylvia Xin Li,Matthias Kuehne,Albert Tianxiang Liu,Allan M. Brooks,Mahesh Kumar,Michael S. Strano
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (93): eade4642-eade4642 被引量:13
标识
DOI:10.1126/scirobotics.ade4642
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 microfabrication techniques, creating substantial challenges to realizing microscale energy systems. Here, we photolithographically patterned a microscale zinc/platinum/SU-8 system to generate the highest energy density microbattery at the picoliter (10-12 liter) scale. The device scavenges ambient or solution-dissolved oxygen for a zinc oxidation reaction, achieving an energy density ranging from 760 to 1070 watt-hours per liter at scales below 100 micrometers lateral and 2 micrometers thickness in size. The parallel nature of photolithography processes allows 10,000 devices per wafer to be released into solution as colloids with energy stored on board. Within a volume of only 2 picoliters each, these primary microbatteries can deliver open circuit voltages of 1.05 ± 0.12 volts, with total energies ranging from 5.5 ± 0.3 to 7.7 ± 1.0 microjoules and a maximum power near 2.7 nanowatts. We demonstrated that such systems can reliably power a micrometer-sized memristor circuit, providing access to nonvolatile memory. We also cycled power to drive the reversible bending of microscale bimorph actuators at 0.05 hertz for mechanical functions of colloidal robots. Additional capabilities, such as powering two distinct nanosensor types and a clock circuit, were also demonstrated. The high energy density, low volume, and simple configuration promise the mass fabrication and adoption of such picoliter zinc-air batteries for micrometer-scale, colloidal robotics with autonomous functions.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

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
cyj驳回了Teko应助
刚刚
木木完成签到,获得积分10
刚刚
小明完成签到,获得积分10
1秒前
在切难桃完成签到,获得积分20
1秒前
秦奎完成签到,获得积分10
2秒前
fadel2025完成签到,获得积分10
3秒前
朝与暮完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
结实的芷荷完成签到 ,获得积分10
3秒前
寒冷的月亮完成签到 ,获得积分10
4秒前
YONG完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
科研通AI6.2应助Fine采纳,获得10
4秒前
Wuyuan50完成签到,获得积分10
4秒前
云禾完成签到,获得积分10
4秒前
rsimap360完成签到,获得积分10
4秒前
乐乐应助啊呆哦采纳,获得10
4秒前
5秒前
sunidea完成签到,获得积分10
5秒前
峥嵘完成签到,获得积分10
6秒前
榆木桢楠完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
平淡寻菡发布了新的文献求助10
6秒前
babao完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
HHHH完成签到,获得积分10
7秒前
科研通AI6.2应助神勇雨双采纳,获得10
7秒前
张真源完成签到 ,获得积分10
7秒前
牛角包完成签到,获得积分10
7秒前
wind_555完成签到,获得积分10
8秒前
Ava应助yuguoqwq采纳,获得10
8秒前
Akim应助Justtry采纳,获得10
8秒前
123完成签到 ,获得积分10
8秒前
yzx发布了新的文献求助10
8秒前
南城完成签到 ,获得积分10
9秒前
9秒前
Mister.WangK完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
FJ完成签到,获得积分10
10秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Aerospace Standards Index - 2026 ASIN2026 3000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Discrete-Time Signals and Systems 610
Research Methods for Business: A Skill Building Approach, 9th Edition 500
Social Work and Social Welfare: An Invitation(7th Edition) 410
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6051558
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7862117
关于积分的说明 16269014
捐赠科研通 5196649
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2780757
邀请新用户注册赠送积分活动 1763636
关于科研通互助平台的介绍 1645700