Was ist eine Dünnschichtbatterie?
Eine Dünnschichtbatterie ist eine Art Lithium-Ionen-Batterie, die nur wenige Millimeter dick sein kann. Dünnschichtbatterien verwenden ein ähnliches Verfahren wie Standard-Lithiumionenbatterien, um Strom zu liefern, haben jedoch gegenüber größeren Batterien mehrere Vorteile. Sie sind nicht nur viel kleiner, sondern halten auch länger, können bei extremeren Temperaturen eingesetzt werden und können in jede beliebige Form gebracht werden. Sie wurden von einem Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren unter der Leitung von Dr. John Bates am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee entwickelt.
Die Methode zur Herstellung einer Batterie, die dünner als ein Viertel der USA ist, wird als physikalische Gasphasenabscheidung bezeichnet. Die Materialien für die Dünnschichtbatterie werden einzeln auf ein Substrat geschichtet. Wenn das Substrat flexibel ist, ist auch die Batterie flexibel. Jedes Material beginnt als Dampf, der dann kondensiert wird, um eine dünne, feste Beschichtung auf dem Substrat zu bilden. Das Substrat ist notwendig, um die Anode und die Kathode in der Batterie zu trennen.
Eine Anode ist der Kontaktpunkt an der Batterie, in den der Strom fließt. Die Kathode ist der Punkt, aus dem sie herausfließt. Alle Arten von Lithiumionenbatterien, einschließlich der Dünnschichtbatterie, funktionieren, wenn sich ein Lithiumion durch einen Festelektrolyten von der Anode zur Kathode bewegt. Ein Elektrolyt ist jedes Material, das Elektrizität leitet. In einer Dünnschichtbatterie ist der Elektrolyt oft ein flexibles Polymer.
Dünnschichtbatterien sind wie alle Lithium-Ionen-Batterien wiederaufladbar. Lithium-Ionen-Batterien sind in der Unterhaltungselektronik wie Mobiltelefonen und Laptops weit verbreitet. Da eine Dünnschichtbatterie so klein ist, kann das elektronische Gerät, das sie mit Strom versorgt, auch klein sein. Dies ermöglicht eine Elektronik, die kleiner und leichter ist als jene, die mit Standard-Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden.
Neben seiner Größe bietet der Dünnschichtakku einige weitere Vorteile gegenüber einem Standard-Lithium-Ionen-Akku. Das Verhältnis von Energie zu Gewicht ist besser. Die Kosten der Batterie steigen nicht mit abnehmender Größe. Dünnschichtbatterien können auch bei extremen Temperaturen funktionieren, die Standard-Lithium-Ionen-Batterien beschädigen würden.
Eine Dünnschichtbatterie hat eine längere Lebensdauer als eine Standard-Lithiumionenbatterie. Der Lebenszyklus eines Akkus gibt an, wie oft er aufgeladen und dann vollständig entladen werden kann, bevor seine Energiekapazität unter 80 Prozent der ursprünglichen Kapazität fällt. Dieser Stromausfall tritt auf, weil die Materialien in der Batterie sehr langsam zerfallen, wenn Elektrizität durch sie fließt.