Jak fungují tenké filmové baterie?

Zásluhu na vývoji tenkovrstvých baterií dostává tým vědců vedený Dr. Johnem Batesem. Více než deset let prováděli výzkum v Oak Ridge National Laboratory pro vývoj tenkovrstvé baterie. Konvenční baterie jsou objemné a nepružné, takže jsou nevhodné pro použití tam, kde je omezený prostor. Dalším faktorem je poměr energie k hmotnosti, který je u konvenčních baterií poměrně nízký.

Vlastnosti specifické pro tenkovrstvé baterie jsou konstrukce v pevném stavu. Mohou být vytvořeny v jakémkoli tvaru nebo velikosti a jsou zcela bezpečné za jakýchkoli provozních podmínek. Tyto specifické baterie lze použít také v širším rozmezí provozních teplot. Díky jejich celé konstrukci v pevném stavu mohou baterie tenkého filmu odolávat teplotám až 280 stupňů Celsia nebo 586 stupňů Fahrenheita.

Díky tomu jsou baterie tenkého filmu přístupné k pájení spolu s jinými elektronickými součástmi v procesu opětného toku pájky pro montáž elektronických obvodů. V tomto procesu jsou všechny komponenty zahřívány na teplotu, při které pájka obvykle taje a teče, aby spojila každou součást s deskou s plošnými spoji. Protože tato teplota je asi 250 až 280 stupňů Celsia, 482 až 586 stupňů Fahrenheita, konvenční baterie obsahující organické kapalné sloučeniny nejsou schopny přežít, a proto musí být přidány ručně poté, co bude mít sestava čas na vychladnutí. Tato jedinečná vlastnost tenkovrstvých baterií jim vynesla název elektronická baterie.

Konstrukce tenkovrstvé baterie je velmi jednoduchá. Různé vrstvy se ukládají odpařováním nebo naprašováním, což je metoda běžně používaná v průmyslu výroby polovodičů. Katoda je obvykle velká plocha a je nahoře pokryta vrstvou elektrolytu, přes kterou je anoda uložena. Elektrolytická vrstva izoluje celou katodu od anody. Baterie nebo podklad na spodní straně a obal nahoře chrání baterii před poškozením. V závislosti na substrátu a způsobu balení může být celková tloušťka baterie tak tenká jako 0,35 mm až 0,62 mm. Vzhledem k tomu, že baterie může být vyrobena v jakémkoli tvaru a velikosti, lze zaměřit na jakýkoli specifický prostor, energii a energii.

Elektronická baterie je schopna dodávat elektřinu s vysokou proudovou hustotou díky dobrému využití katody. Proudová hustota, a tedy i vybíjecí kapacita, závisí na oblasti katody. Při dobré velikosti katody se může tenkovrstvá baterie pochlubit vysokým energetickým výkonem při stanovené rychlosti vybíjení.

Praktickým příkladem tenkovrstvé baterie je lithiová baterie. Anodou je kovové lithium s katodou z oxidu lithného kobaltu. Toto uspořádání umožňuje nabíjení baterií, na kterých lze nabíjet až 4,2 V a opakovaně je lze vybíjet až na 3,0 V. Kapacita lithium-iontových baterií je vyjádřena jako množství proudu, který může baterie dodat ve specifikovaném čase v hodinách, a je označena AH nebo mAH. Energie tenkovrstvých baterií je dána jako součin napětí a náboje jím dodávaného, ​​vyjádřeného v WH nebo mWH.