通过结合3D全息光刻和2D光刻，伊利诺伊大学厄巴纳 – 香槟分校的研究人员展示了一种高性能3D微电池，适用于与微电子器件的大规模片上集成。
“这种3D微电池具有卓越的性能和可扩展性，我们认为它对许多应用都很重要，”伊利诺伊州材料科学与工程(MatSE)教授Paul Braun解释道。“由于难以实现能量存储技术的小型化，微型器件通常利用片外供电。小型化的高能量和高功率片上电池非常适合包括自主微型致动器，分布式无线传感器和发射器在内的应用。 ，监视器，便携式和植入式医疗设备。“
“由于3D电极的复杂性，通常难以实现这种电池，更不用说片上集成和缩放的可能性。在这个项目中，我们开发了一种有效的方法来制造高性能3D锂离子微电池与微电子制造高度兼容的工艺，“海通宁，MatSE研究生和文章的第一作者，”高性能片上3D锂离子微电池的全息图案“，出现在科学院院刊科学。
“我们利用3D全息光刻技术来定义电极的内部结构和2D光刻技术，以创造出理想的电极形状。” 宁补充道。“这项工作融合了制造，表征和建模的重要概念，表明微电池的能量和功率与电极的结构参数密切相关，如尺寸，形状，表面积，孔隙度和曲折度。这种新方法的目的是在光刻步骤中可以轻松控制这些参数，这为设计下一代片上储能器件提供了独特的灵活性。“
通过3D全息图案化技术实现 – 多个光束在光刻胶内部干涉，形成理想的3D结构 – 电池具有明确定义的周期性结构多孔电极，有助于电池内电子和离子的快速传输，超级电容器般的力量。
“尽管需要对干涉光束进行精确控制以构建3D全息光刻，但最近的进步已大大简化了所需的光学系统，可通过单个入射光束和标准光刻胶处理创建结构。这使其具有高度可扩展性并与微细加工兼容， “MatSE教授John Rogers说道，他曾与Braun及其团队合作开发该技术。
“微型工程电池架构与锡等高能材料相结合，提供令人兴奋的新电池功能，包括高能量容量和良好的循环寿命，从而为实际设备提供动力，”机械科学教授William King表示。工程，谁是这项工作的合着者。
