3D Li4Ti5O12的接口工程原子层沉积用于高容量的离子3D薄膜电池
Jan Speulmanns1,2, Sascha Bönhardt1, Wenke Weinreich1
1Center Nanoelectronic Technologies, Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems, An der Bartlake 5, 01109, Dresden, Germany.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|June 8, 2024
概括
研究人员开发了先进的3D薄膜电池 (TFB),使用由原子层沉积 (ALD) 制造的酸阳极. 这些高性能微电池是能源自主物联网设备的理想选择.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 能源自主物联网 (IoT) 设备需要高能和高功率的微电池.
- 目前的芯片上3D薄膜电池 (TFB) 是由于缺乏合适的高速率阳极材料而受到限制.
研究的目的:
- 为了首次在3D基板上通过原子层沉积 (ALD) 制造的酸 (Li4Ti5O12) 薄膜进行电化学评估.
- 为了研究微电池应用3D Li4Ti5O12薄膜阳极的性能.
- 为了优化ALD过程,在3D结构上进行符合性,高质量的Li4Ti5O12薄膜沉积.
主要方法:
- 使用原子层沉积 (ALD) 在3D基板上制造Li4Ti5O12薄膜.
- 3D Li4Ti5O12薄膜电池 (TFB) 的电化学表征,以评估容量,速率能力和循环稳定性.
- 使用超薄AlOx层的接口工程,以提高薄膜质量和减少结晶时间.
主要成果:
- 3D Li4Ti5O12薄膜在1°C下实现了20.23μAh cm-2的足迹容量.
- 在5 mA cm-2 (250 C) 时表现出卓越的高速率能力,7.75 μAh cm-2和500个循环后97.4%的容量保留.
- ALD工艺使Si基板上具有9倍面积增强的符合性, (111) 纹理的Li4Ti5O12膜成为可能.
结论:
- 由ALD制造的3D Li4Ti5O12薄膜是高能和高功率微电池的有希望的阳极材料.
- 开发的ALD过程和接口工程使得可扩展的3DTFB的微电子兼容制造更加容易.
- 这项技术支持开发能量自主毫米尺度物联网设备.
