Hur fungerar tunna filmbatterier?

Krediten för att utveckla tunna filmbatterier går till ett team av forskare under ledning av Dr. John Bates. De genomförde i över ett decennium forskning på Oak Ridge National Laboratory för utveckling av ett tunnfilmbatteri. Konventionella batterier är skrymmande och icke-flexibla, vilket gör dem olämpliga för användning där utrymmet är en begränsning. En annan faktor är förhållandet mellan energi och vikt, vilket är ganska lågt för konventionella batterier.

Funktioner som är specifika för de tunna filmbatterierna är all solid state-konstruktion. De kan formas i valfri form eller storlek och är helt säkra under alla driftsförhållanden. Dessa specifika batterier kan också användas under ett större driftstemperaturområde. På grund av sin heltäckande konstruktion kan tunna filmbatterier stå temperaturer så höga som 280 grader eller 586 grader Fahrenheit utan fel.

Detta gör att tunna filmbatterier är möjliga att lödas tillsammans med andra elektroniska komponenter i en återflödningsprocess för lödning för montering av elektroniska kretsar. I denna process värms alla komponenter till en temperatur vid vilken lödning typiskt smälter och flyter för att binda varje komponent till det tryckta kretskortet. Eftersom denna temperatur är cirka 250-280 grader Celsius, 482-586 grader Fahrenheit, kan konventionella batterier som innehåller organiska vätskeföreningar inte överleva och måste därför läggas till manuellt, efter att monteringen har haft tid att svalna. Denna unika egenskap hos tunna filmbatterier har fått dem namnet elektronikbatteri.

Konstruktionen av ett tunnfilmbatteri är mycket enkelt. Olika lager deponeras genom indunstning eller förstoftning, en metod som vanligtvis används inom halvledarindustrin. Katoden är vanligtvis en stor yta och täcks på toppen med ett skikt av elektrolyt över vilket anoden avsätts. Det elektrolytiska skiktet isolerar hela katoden från anoden. En bas eller ett underlag i botten och en förpackning på toppen skyddar batteriet mot skador. Beroende på underlag och förpackningsmetod kan batteriets totala tjocklek vara så tunn som 0,35 mm till 0,62 mm. På grund av att batteriet kan tillverkas i alla former och storlekar, kan alla specifika utrymme, energi och kraftfunktioner riktas in.

Ett elektronikbatteri kan leverera elektricitet med hög strömtäthet på grund av den goda katodanvändningen. Strömtätheten och följaktligen urladdningskapaciteten är beroende av katodens område. Med en god katodstorlek kan det tunna filmbatteriet skryta med en hög energiproduktion med en specifik urladdningshastighet.

Ett praktiskt exempel på ett tunnfilmbatteri är ett litiumbatteri. Anoden är metallisk litium med en litiumkoboltoxidkatod. Detta arrangemang ger uppladdningsbara batterier, som kan laddas upp till 4,2 volt, och kan laddas ner till 3,0 volt upprepade gånger. Kapaciteten hos litiumjonbatterier uttrycks som den strömmängd som batteriet kan leverera under en viss tid i timmar och betecknas av AH eller mAH. Energin från tunna filmbatterier ges som en produkt av spänningen och den laddning som tillhandahålls av den, uttryckt i WH eller mWH.