¿Cómo funcionan las baterías de película delgada?

El crédito por desarrollar baterías de película delgada es para un equipo de científicos dirigido por el Dr. John Bates. Llevaron a cabo, durante más de una década, una investigación en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge para el desarrollo de una batería de película delgada. Las baterías convencionales son voluminosas y no flexibles, lo que las hace inadecuadas para usar donde el espacio es una limitación. Otro factor es la relación de energía a peso, que es bastante baja para las baterías convencionales.

Las características específicas de las baterías de película delgada son la construcción en estado sólido. Se pueden formar en cualquier forma o tamaño y son completamente seguros en cualquier condición de funcionamiento. Estas baterías específicas también se pueden usar en un rango de temperatura de funcionamiento más amplio. Debido a su construcción en estado sólido, las baterías de película delgada pueden soportar temperaturas de hasta 280 grados centígrados o 586 grados Fahrenheit sin falla.

Esto hace que las baterías de película delgada puedan soldarse junto con otros componentes electrónicos en un proceso de reflujo de soldadura para el ensamblaje de circuitos electrónicos. En este proceso, todos los componentes se calientan a una temperatura a la que la soldadura generalmente se funde y fluye para unir cada componente a la placa de circuito impreso. Como esta temperatura es de aproximadamente 250-280 grados Celsius, 482-586 grados Fahrenheit, las baterías convencionales que contienen compuestos líquidos orgánicos no pueden sobrevivir y, por lo tanto, deben agregarse manualmente, después de que el ensamblaje haya tenido tiempo de enfriarse. Esta característica única de las baterías de película delgada les ha valido el nombre de batería electrónica.

La construcción de una batería de película delgada es muy simple. Se depositan diferentes capas por evaporación o pulverización catódica, un método comúnmente utilizado en la industria de fabricación de semiconductores. El cátodo suele ser una superficie grande y está cubierto en la parte superior con una capa de electrolito sobre la cual se deposita el ánodo. La capa electrolítica aísla todo el cátodo del ánodo. Una base o sustrato en la parte inferior y un embalaje en la parte superior protegen la batería contra daños. Dependiendo del sustrato y del método de embalaje, el grosor total de la batería podría ser tan delgado como 0,35 mm a 0,62 mm. Debido a que la batería se puede fabricar en cualquier forma y tamaño, se puede apuntar a cualquier espacio específico, capacidades de energía y potencia.

Una batería electrónica es capaz de suministrar electricidad con altas densidades de corriente debido a la buena utilización del cátodo. La densidad de corriente, y por lo tanto, la capacidad de descarga, dependen del área del cátodo. Con un buen tamaño de cátodo, la batería de película delgada puede presumir de una alta producción de energía a una velocidad de descarga especificada.

Un ejemplo práctico de una batería de película delgada es una batería de litio. El ánodo es litio metálico, con un cátodo de óxido de cobalto de litio. Esta disposición hace que las baterías recargables, en las que se pueden cargar hasta 4.2 voltios, y se puedan descargar hasta 3.0 voltios, repetidamente. La capacidad de las baterías de iones de litio se expresa como la cantidad de corriente que la batería puede suministrar en un tiempo específico en horas, y se denota por AH o mAH. La energía de las baterías de película delgada se da como producto del voltaje y la carga suministrada por ella, expresada en WH o mWH.

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