Comment fonctionnent les piles à film mince?
Le crédit pour le développement de batteries à couche mince revient à une équipe de scientifiques dirigée par le Dr. John Bates. Pendant plus de dix ans, ils ont mené des recherches au Oak Ridge National Laboratory pour mettre au point une batterie à couche mince. Les batteries classiques sont volumineuses et peu flexibles, ce qui les rend inutilisables lorsque l’espace est une contrainte. Un autre facteur est le rapport énergie / poids, qui est assez faible pour les batteries conventionnelles.
Les caractéristiques spécifiques aux batteries à film mince sont la construction tout solide. Ils peuvent être de toutes formes et de toutes tailles et sont parfaitement sécuritaires dans toutes les conditions de fonctionnement. Ces batteries spécifiques peuvent également être utilisées dans une plage de température de fonctionnement plus large. En raison de leur construction entièrement à l'état solide, les batteries à film mince peuvent supporter des températures allant jusqu'à 280 degrés Celsius ou 586 degrés Fahrenheit sans défaillance.
Cela permet aux batteries à couche mince d'être soudées avec d'autres composants électroniques dans un processus de refoulement de la soudure pour l'assemblage de circuits électroniques. Dans ce processus, tous les composants sont chauffés à une température à laquelle la soudure fond et s'écoule pour lier chaque composant à la carte de circuit imprimé. Comme cette température est d'environ 250-280 degrés Celsius, les batteries conventionnelles contenant des composés organiques liquides ne peuvent pas survivre et doivent donc être ajoutées manuellement, une fois que l'ensemble a eu le temps de se refroidir. Cette caractéristique unique des batteries à film mince leur a valu le nom de batterie électronique.
La construction d'une batterie à couche mince est très simple. Différentes couches sont déposées par évaporation ou pulvérisation cathodique, méthode couramment utilisée dans l'industrie de la fabrication de semi-conducteurs. La cathode est généralement une grande surface et est recouverte sur le dessus d'une couche d'électrolyte sur laquelle l'anode est déposée. La couche électrolytique isole la cathode entière de l'anode. Une base ou un substrat en bas et un emballage en haut protègent la batterie des dommages. En fonction du substrat et de la méthode d'emballage, l'épaisseur totale de la batterie peut atteindre 0,35 mm à 0,62 mm. Du fait que la batterie peut être fabriquée dans n'importe quelle forme et taille, n'importe quel espace, énergie et capacités de puissance spécifiques peuvent être ciblés.
Une batterie électronique est capable de fournir de l'électricité avec des densités de courant élevées en raison de la bonne utilisation de la cathode. La densité de courant, et donc la capacité de décharge, dépendent de la surface de la cathode. Avec une bonne taille de cathode, la batterie à film mince peut produire un rendement énergétique élevé à un taux de décharge spécifié.
Un exemple pratique de batterie à couche mince est une batterie au lithium. L'anode est en lithium métallique, avec une cathode en oxyde de lithium et de cobalt. Cet agencement permet de créer des piles rechargeables pouvant charger jusqu'à 4,2 volts et décharger jusqu'à 3 volts de manière répétée. La capacité des batteries lithium-ion est exprimée en tant que quantité de courant que la batterie peut délivrer dans un temps spécifié en heures, et est indiquée par AH ou mAH. L'énergie des batteries à couche mince est donnée comme le produit de la tension et de la charge fournie par celle-ci, exprimée en WH ou en MWH.