Hvordan fungerer tynde filmbatterier?

Kreditten for at udvikle tynde filmbatterier går til et team af videnskabsfolk ledet af Dr. John Bates. De udførte i over et årti forskning på Oak Ridge National Laboratory for udvikling af et tyndfilmsbatteri. Konventionelle batterier er voluminøse og ikke-fleksible, hvilket gør dem uegnet til brug, hvor pladsen er en begrænsning. En anden faktor er forholdet mellem energi og vægt, hvilket er ganske lavt for konventionelle batterier.

Funktioner, der er specifikke for tynde filmbatterier, er konstruktionen i fast tilstand. De kan dannes i enhver form eller størrelse og er helt sikre under alle driftsbetingelser. Disse specifikke batterier kan også bruges under et bredere driftstemperaturområde. På grund af deres all solid state-konstruktion kan tynde filmbatterier holde temperaturer så høje som 280 grader eller 586 grader Fahrenheit uden fejl.

Dette gør tynde filmbatterier mulige til at loddes sammen med andre elektroniske komponenter i en lodningsproces til samling af elektroniske kredsløb. I denne proces opvarmes alle komponenter til en temperatur, ved hvilken lodde typisk smelter og strømmer for at binde hver komponent til det trykte kredsløbskort. Da denne temperatur er ca. 250-280 grader Celsius, 482-586 grader Fahrenheit, er konventionelle batterier, der indeholder organiske flydende forbindelser, ikke i stand til at overleve og skal derfor tilføjes manuelt, efter at samlingen har haft tid til at køle ned. Denne unikke egenskab ved tynde filmbatterier har fået dem navnet elektronikbatteri.

Konstruktionen af ​​et tyndfilmbatteri er meget enkel. Forskellige lag aflejres ved fordampning eller forstøvning, en metode, der almindeligvis anvendes i halvlederfremstillingsindustrien. Katoden er normalt en stor overflade og er dækket på toppen med et lag af elektrolyt, som anoden er afsat over. Det elektrolytiske lag isolerer hele katoden fra anoden. En base eller et underlag i bunden og en emballage på toppen beskytter batteriet mod skader. Afhængigt af underlaget og emballeringsmetoden, kan batteriets totale tykkelse være så tynd som 0,35 mm til 0,62 mm. På grund af, at batteriet kan fremstilles i enhver form og størrelse, kan enhver specifik plads, energi og strømstyrke målrettes.

Et elektronikbatteri er i stand til at levere elektricitet med høje strømtætheder på grund af den gode katodeudnyttelse. Strømtætheden og dermed udledningskapaciteten er afhængig af katodens område. Med en god katodestørrelse kan det tynde filmbatteri prale af en høj energiudgang med en specificeret udladningshastighed.

Et praktisk eksempel på et tyndfilmbatteri er et lithiumbatteri. Anoden er metallisk lithium med en lithiumcobaltoxidkatode. Denne ordning tillader genopladelige batterier, som kan oplades op til 4,2 volt, og kan aflades gentagne gange til 3,0 volt. Kapaciteten af ​​lithium-ion-batterier udtrykkes som den mængde strøm, som batteriet kan levere på et bestemt tidspunkt i timer, og betegnet med AH eller mAH. Energien fra tynde filmbatterier gives som et produkt af spændingen og den strøm, der leveres, udtrykt i WH eller mWH.