Mechanically flexible arrays of alkaline electrochemical cells fabricated using stencil printing onto fibrous substrates are shown to provide the necessary performance characteristics for driving ink-jet printed circuits. Due to the dimensions and material set currently required for reliable low-temperature print processing of electronic devices, a battery potential greater than that sourced by single cells is typically needed. The developed battery is a series interconnected array of 10 low resistance Zn-MnO2 alkaline cells, giving an open circuit potential of 14 V. This flexible battery is used to power an ink-jet printed 5-stage complementary ring oscillator based on organic semiconductors.

1.
H.
Klauk
,
Chem. Soc. Rev.
39
,
2643
(
2010
).
2.
C. D.
Dimitrakopoulos
and
P. R. L.
Malenfant
,
Adv. Mater.
14
(
2
),
99
(
2002
).
3.
H.
Sirringhaus
,
T.
Kawase
,
R. H.
Friend
,
T.
Shimoda
,
M.
Inbasekaran
,
W.
Wu
, and
E. P.
Woo
,
Science
290
,
2123
(
2000
);
[PubMed]
H.
Kang
,
R.
Kitsomboonloha
,
J.
Jang
, and
V.
Subramanian
,
Adv. Mater.
24
,
3065
(
2012
).
[PubMed]
4.
J. A.
Rogers
,
T.
Someya
, and
Y.
Huang
,
Science
327
,
1603
(
2010
).
5.
A. C.
Arias
,
J. D.
MacKenzie
,
I.
McCulloch
,
J.
Rivnary
, and
A.
Salleo
,
Chem. Rev.
110
(
1
),
3
(
2010
).
6.
V.
Subramanian
,
J. M. J.
Frechet
,
P. C.
Chang
,
D. C.
Huang
,
J. B.
Lee
,
S. E.
Molesa
,
A. R.
Murphy
,
D. R.
Redinger
, and
S. K.
Volkman
,
Proc. IEEE
93
(
7
),
1330
(
2005
).
7.
P.
Kopola
,
M.
Tuomikoski
,
R.
Suhonen
, and
A.
Maaninen
,
Thin Solid Films
517
,
5757
(
2009
).
8.
T. N.
Ng
,
B.
Russo
,
B.
Krusor
,
R.
Kist
, and
A. C.
Arias
,
Org. Electron.
12
,
2012
(
2011
).
9.
A. C.
Arias
,
S. E.
Ready
,
R.
Lujan
,
W. S.
Wong
,
K. E.
Paul
,
A.
Salleo
,
M. L.
Chabinyc
,
R.
Apte
, and
R. A.
Street
,
Appl. Phys. Lett.
85
(
15
),
3304
(
2004
).
10.
J. M.
Ding
,
A. d. l. F.
Vornbrock
,
C.
Ting
, and
V.
Subramanian
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
93
,
459
(
2009
).
11.
N.
Singh
,
C.
Galande
,
A.
Miranda
,
A.
Mathkar
,
W.
Gao
,
A. L. M.
Reddy
,
A.
Vlad
, and
P. M.
Ajayan
,
Sci. Rep.
2
(
481
),
1
(
2012
);
C.
Meng
,
C.
Liu
,
L.
Chen
,
C.
Hu
, and
S.
Fan
,
Nano Lett.
10
,
4025
(
2010
).
[PubMed]
12.
V. L.
Pushparaj
,
M. M.
Shaijumon
,
A.
Kumar
,
S.
Murugesan
,
L.
Ci
,
R.
Vajtai
,
R. J.
Linhardt
,
O.
Nalamasu
, and
P. M.
Ajayan
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
(
34
),
13574
(
2007
).
13.
M.
Peckerar
,
Z.
Dilli
,
M.
Dornajafi
,
N.
Goldsman
,
Y.
Ngu
,
R. B.
Proctor
,
B. J.
Krupsaw
, and
D. A.
Lowy
,
Energy Environ. Sci.
4
,
1807
(
2011
);
H.
Nishide
and
K.
Oyaizu
,
Science
319
,
737
(
2008
).
[PubMed]
14.
S.-H.
Lee
,
P.
Liu
,
C. E.
Tracy
, and
D. K.
Benson
,
Electrochem. Solid-State Lett.
2
(
9
),
425
(
1999
).
15.
P.
Kritzera
and
J. A.
Cook
,
J. Electrochem. Soc.
154
(
4
),
A481
(
2007
).
16.
G.
Kettlgruber
,
M.
Kaltenbrunner
,
C. M.
Siket
,
R.
Moser
,
I. M.
Graz
,
R.
Schodiauer
, and
S.
Bauer
,
J. Mater. Chem. A
1
,
5505
(
2013
);
M.
Kaltenbrunner
,
G.
Kettlgruber
,
C.
Siket
,
R.
Schwodiauer
, and
S.
Bauer
,
Adv. Mater.
22
,
2065
(
2010
).
[PubMed]
17.
L.
Hu
,
H.
Wu
,
F. L.
Mantia
,
Y.
Yang
, and
Y.
Cui
,
ACS Nano
4
(
10
),
5843
(
2010
).
18.
L.
Hu
,
M.
Pasta
,
F. L.
Mantia
,
L.
Cui
,
S.
Jeong
,
H. D.
Deshazer
,
J. W.
Choi
,
S. M.
Han
, and
Y.
Cui
,
Nano Lett.
10
,
708
(
2010
).
19.
L.
Hu
,
J. W.
Choi
,
Y.
Yang
,
S.
Jeong
,
F. L.
Mantia
,
L. F.
Cui
, and
Y.
Cui
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
106
(
51
),
21490
(
2009
).
20.
C. C.
Ho
,
J. W.
Evans
, and
P. K.
Wright
,
J. Micromech. Microeng.
20
,
104009
(
2010
).
21.
P.
Hiralal
,
S.
Imalzumi
,
H. E.
Unalan
,
H.
Matsumoto
,
M.
Minagawa
,
M.
Rouvala
,
A.
Tanloka
, and
G. A. J.
Amaratunga
,
ACS Nano
4
(
5
),
2730
(
2010
).
22.
A. M.
Gaikwad
,
A. M.
Zamarayeva
,
J.
Rousseau
,
H.
Chu
,
I.
Derin
, and
D. A.
Steingart
,
Adv. Mater.
24
(
37
),
5071
(
2012
).
23.
A. M.
Gaikwad
,
J. W.
Gallaway
,
D.
Desai
, and
D. A.
Steingart
,
J. Electrochem. Soc.
158
(
2
),
A154
(
2011
).
24.
A. M.
Gaikwad
,
H. N.
Chu
,
R.
Qeraj
,
A. M.
Zamarayeva
, and
D. A.
Steingart
,
Energy Technol.
1
,
177
(
2013
).
25.
M.
Koo
,
K.
Park
,
S. H.
Lee
,
M.
Suh
,
D. Y.
Jeon
,
J. W.
Choi
,
K.
Kang
, and
K. J.
Lee
,
Nano Lett.
12
(
9
),
4810
(
2012
).
26.
K. T.
Braama
,
S. K.
Volkman
, and
V.
Subramanian
,
J. Power Sources
199
,
367
(
2012
).
27.
A.
Gaikwad
,
G. L.
Whiting
,
D. A.
Steingart
, and
A. C.
Arias
,
Adv. Mater.
23
(
29
),
3251
(
2011
).
28.
J. B.
Bates
,
N. J.
Dudney
,
B.
Neudecker
,
A.
Ueda
, and
C. D.
Evan
,
Solid State Ionics
135
,
33
(
2000
).
29.
S.
Xu
,
Y.
Zhang
,
J.
Cho
,
J.
Lee
,
X.
Huang
,
L.
Jia
,
J. A.
Fan
,
Y.
Su
,
J.
Su
,
H.
Zhang
,
H.
Cheng
,
B.
Lu
,
C.
Yu
,
C.
Chuang
,
T.
Kim
,
T.
Song
,
K.
Shigeta
,
S.
Kang
,
C.
Dagdeviren
,
I.
Petrov
,
P. V.
Braun
,
Y.
Huang
,
U.
Paik
, and
J. A.
Rogers
,
Nature Commun.
4
(
1543
),
1
(
2013
).
30.
M.-H.
Yoon
,
A.
Facchetti
, and
T. J.
Marks
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
,
4678
(
2005
).
31.
M.
Halik
,
H.
Klauk
,
U.
Zschieschang
,
G.
Schmid
,
C.
Dehm
,
M.
Schütz
,
S.
Maisch
,
F.
Effenberger
,
M.
Brunnbauer
, and
F.
Stellacci
,
Nature
431
,
963
(
2004
).
32.
T. N.
Ng
,
D. E.
Schwartz
,
L. L.
Lavery
,
G. L.
Whiting
,
B.
Russo
,
B.
Krusor
,
J.
Veres
,
P.
Bröms
,
L.
Herlogsson
,
N.
Alam
,
O.
Hagel
,
J.
Nilsson
, and
C.
Karlsson
,
Sci. Rep.
2
,
585
(
2012
).
33.
T. N.
Ng
,
S.
Sambandan
,
R. A.
Lujan
,
A. C.
Arias
,
C.
Newman
,
H.
Yan
, and
A.
Fachetti
,
Appl. Phys. Lett.
94
(
23
),
233307
(
2009
).
34.
Y.
Xia
,
W.
Zhang
,
M.
Ha
,
J. H.
Cho
,
M. J.
Renn
,
C. H.
Kim
, and
C. D.
Frisbie
,
Adv. Func. Mater.
20
(
4
),
587
(
2010
).
35.
A.
Kozawa
and
R. A.
Powers
,
J. Electrochem. Soc.
113
(
9
),
870
(
1966
).
You do not currently have access to this content.