Come funzionano le batterie a film sottile?
Il merito per lo sviluppo di batterie a film sottile va a un team di scienziati guidato dal Dr. John Bates. Hanno condotto, per oltre un decennio, ricerche presso il Oak Ridge National Laboratory per lo sviluppo di una batteria a film sottile. Le batterie convenzionali sono ingombranti e non flessibili, rendendole inadatte all'uso in cui lo spazio è un vincolo. Un altro fattore è il rapporto energia / peso, che è piuttosto basso per le batterie convenzionali.
Le caratteristiche specifiche delle batterie a film sottile sono la costruzione interamente a stato solido. Possono essere formati in qualsiasi forma o dimensione e sono completamente sicuri in qualsiasi condizione operativa. Queste batterie specifiche possono anche essere utilizzate in un intervallo di temperatura operativa più ampio. A causa della loro struttura interamente a stato solido, le batterie a film sottile possono sopportare temperature fino a 280 gradi centigradi o 586 gradi Fahrenheit senza guasti.
Ciò rende le batterie a film sottile suscettibili di essere saldate insieme ad altri componenti elettronici in un processo di ricircolo della saldatura per l'assemblaggio di circuiti elettronici. In questo processo, tutti i componenti vengono riscaldati a una temperatura alla quale la saldatura tipicamente si scioglie e scorre per legare ciascun componente al circuito stampato. Poiché questa temperatura è di circa 250-280 gradi Celsius, 482-586 gradi Fahrenheit, le batterie convenzionali contenenti composti liquidi organici non sono in grado di sopravvivere e quindi devono essere aggiunte manualmente, dopo che il gruppo ha avuto il tempo di raffreddarsi. Questa caratteristica unica delle batterie a film sottile ha fatto loro guadagnare il nome di batteria elettronica.
La costruzione di una batteria a film sottile è molto semplice. Diversi strati vengono depositati per evaporazione o sputtering, un metodo comunemente usato nell'industria manifatturiera dei semiconduttori. Il catodo è di solito una grande superficie ed è coperto nella parte superiore da uno strato di elettrolita su cui è depositato l'anodo. Lo strato elettrolitico isola l'intero catodo dall'anodo. Una base o un substrato nella parte inferiore e una confezione nella parte superiore proteggono la batteria da danni. A seconda del substrato e del metodo di imballaggio, lo spessore totale della batteria potrebbe essere sottile da 0,35 mm a 0,62 mm. A causa della capacità della batteria di essere prodotta in qualsiasi forma e dimensione, è possibile scegliere come target qualsiasi spazio, energia e capacità specifiche.
Una batteria elettronica è in grado di fornire elettricità con elevate densità di corrente grazie al buon utilizzo del catodo. La densità attuale, e quindi la capacità di scarica, dipendono dall'area del catodo. Con una buona dimensione del catodo, la batteria a film sottile può vantare un'elevata produzione di energia a una velocità di scarica specifica.
Un esempio pratico di una batteria a film sottile è una batteria al litio. L'anodo è litio metallico, con un catodo di ossido di litio cobalto. Questa disposizione prevede batterie ricaricabili, sulle quali può essere caricata fino a 4,2 volt e può essere scaricata fino a 3,0 volt ripetutamente. La capacità delle batterie agli ioni di litio è espressa come la quantità di corrente che la batteria può erogare in un tempo specificato in ore e indicata da AH o mAH. L'energia delle batterie a film sottile è data come prodotto della tensione e della carica fornita da essa, espressa in WH o mWH.