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High-energy-density on-chip zinc-air batteries

Descrizione del progetto

Alimentare una grande soluzione per le microbatterie

Negli ultimi anni, i progressi tecnologici hanno permesso lo sviluppo e la produzione di «polvere intelligente», ovvero minuscoli dispositivi autonomi in grado di rilevare, elaborare e trasmettere dati, uno strumento rivoluzionario per i settori dei big data, della medicina, dell’intelligenza artificiale e non solo. Purtroppo, la loro applicazione è stata limitata notevolmente dalla mancanza di fonti energetiche esistenti con densità energetica e ingombro adeguati. Grazie al sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto ChipZnAirB svilupperà una tecnologia innovativa per microbatterie basata sull’interazione tra zinco e aria. Per raggiungere questo obiettivo, svilupperà una metodologia di autoassemblaggio a micro-origami che aumenta la densità energetica volumetrica mantenendo un ingombro ridotto. Inoltre, l’uso di un catodo ad aria eliminerà la necessità di stoccaggio del materiale a bordo, aumentando l’efficienza energetica.

Obiettivo

The advent of smart dust, minuscule autonomous devices capable of sensing, processing, and transmitting data, has opened new frontiers in medicine, artificial intelligence (AI), and big data. However, their operation is significantly constrained by the limitations of existing power sources, particularly in terms of energy density and footprint, as was highlighted by the host [Nature, 2021, 589, 195]. This research proposal aims to address these challenges by developing a novel microbattery technology based on zinc-air chemistry. We propose a micro-origami approach to fabricate high-capacity, dust-sized zinc-air microbatteries. This method involves folding large-area thin films into three-dimensional (3D) structures by a micro-origami self-assembly method, significantly enhancing volumetric energy density while maintaining a compact footprint. By leveraging the abundant oxygen in the environment, the air cathode eliminates the need for onboard material storage, further improving energy efficiency. The core goal is to develop an on-chip microbattery with a footprint capacity exceeding 5 mAh/cm2 and a size under 1 mm2. To overcome the inherent challenges associated with zinc-air batteries, such as corrosion, bubble formation, and three-phase interface construction, we will combine detailed mechanism study with realistic numerical model to optimize electrode wettability, electrolyte composition, and cell configuration. Additionally, we will explore the integration of these microbatteries with various smart dust microsystems for demonstration. By achieving these goals, we can provide a reliable and high-performance power source for a wide range of smart dust applications, including environmental and agriculture monitoring, healthcare, and industrial automation. The successful development of this novel microbattery will have a profound impact on the field of microsystems and pave the way for the realization of advanced intelligent devices with unprecedented capabilities.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinatore

TECHNISCHE UNIVERSITAET CHEMNITZ
Contributo netto dell'UE
€ 217 965,12
Indirizzo
STRASSE DER NATIONEN 62
09111 Chemnitz
Germania
Regione
Sachsen Chemnitz Chemnitz
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato

Partner (1)