Hvordan fungerer tynne filmbatterier?

Kreditt for å utvikle tynne filmbatterier går til et team av forskere ledet av Dr. John Bates. De gjennomførte i over et tiår forskning ved Oak Ridge National Laboratory for utvikling av et tynnfilmbatteri. Konvensjonelle batterier er voluminøse og ikke-fleksible, noe som gjør dem uegnet til bruk der plass er en begrensning. En annen faktor er forholdet mellom energi og vekt, som er ganske lavt for konvensjonelle batterier.

Funksjoner som er spesifikke for tynnfilmbatteriene er all solid state-konstruksjon. De kan dannes i alle former og størrelser og er helt trygge under driftsforhold. Disse spesifikke batteriene kan også brukes under et større driftstemperaturområde. På grunn av all solid state-konstruksjon kan tynnfilmbatterier tåle temperaturer så høye som 280 grader eller 586 grader Fahrenheit uten feil.

Dette gjør det mulig å tynne filmbatterier loddes sammen med andre elektroniske komponenter i en loddgjennomstrømningsprosess for montering av elektroniske kretsløp. I denne prosessen blir alle komponentene oppvarmet til en temperatur ved hvilken lodding typisk smelter og strømmer for å binde hver komponent til kretskortet. Siden denne temperaturen er ca. 250-280 grader Celsius, 482-586 grader Fahrenheit, kan ikke konvensjonelle batterier som inneholder organiske væskeforbindelser overleve, og må derfor tilsettes manuelt etter at monteringen har hatt tid til å kjøle seg ned. Denne unike egenskapen til tynnfilmbatterier har gitt dem navnet elektronikkbatteri.

Konstruksjonen av et tynnfilmbatteri er veldig enkelt. Forskjellige lag blir avsatt ved fordampning eller sputtering, en metode som vanligvis brukes i halvlederindustrien. Katoden er vanligvis en stor overflate og er dekket på toppen med et lag med elektrolytt som anoden er avsatt over. Det elektrolytiske laget isolerer hele katoden fra anoden. En base eller underlag i bunnen, og en emballasje på toppen, beskytter batteriet mot skader. Avhengig av underlag og emballasjemetode, kan batteriets totale tykkelse være så tynn som 0,35 mm til 0,62 mm. På grunn av at batteriet er i stand til å produseres i alle former og størrelser, kan alle spesifikke rom-, energi- og strømfunksjoner målrettes.

Et elektronikkbatteri er i stand til å levere strøm med høye strømtettheter på grunn av god katodebruk. Strømtettheten, og følgelig utladningskapasiteten, er avhengig av katodens område. Med en god katodestørrelse kan tynnfilmbatteriet skryte av en høy energiutgang med en spesifisert utladningshastighet.

Et praktisk eksempel på et tynnfilmbatteri er et litiumbatteri. Anoden er metallisk litium, med en litium-koboltoksyd-katode. Denne ordningen sørger for oppladbare batterier, som kan lades opp til 4,2 volt, og kan tømmes gjentatte ganger ned til 3,0 volt. Kapasiteten til litiumionbatterier uttrykkes som mengden strøm som batteriet kan levere på et spesifikt tidspunkt i timer, og betegnet med AH eller mAH. Energien til tynnfilmbatterier er gitt som et produkt av spenningen og ladningen som leveres av den, uttrykt i WH eller mWH.