Kako rade tankoslojne baterije?

Zasluge za razvoj tankoslojnih baterija pripadaju timu znanstvenika na čelu s dr. Johnom Batesom. Više od desetljeća provodili su istraživanje u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge za razvoj tankoslojne baterije. Konvencionalne baterije su glomazne i nefleksibilne, što ih čini neprikladnim za korištenje tamo gdje je prostor ograničenje. Drugi faktor je omjer energije i težine, koji je prilično nizak za konvencionalne baterije.

Značajke koje su specifične za tankoslojne baterije su potpuno čvrsta konstrukcija. Mogu se oblikovati u bilo kojem obliku ili veličini i potpuno su sigurni u svim uvjetima rada. Ove specifične baterije također se mogu koristiti u širem rasponu radnih temperatura. Zbog svoje čvrste konstrukcije, tankoslojne baterije mogu izdržati temperature do 280 stupnjeva Celzija ili 586 stupnjeva celzijusa bez greške.

To čini tankoslojne baterije pogodnim za lemljenje zajedno s drugim elektroničkim komponentama u procesu ponovnog toka lemljenja za sastavljanje elektroničkih sklopova. U ovom procesu, sve komponente se zagrijavaju na temperaturu na kojoj se lem obično topi i teče kako bi spojio svaku komponentu na tiskanu ploču. Budući da je ova temperatura oko 250-280 stupnjeva Celzija, 482-586 stupnjeva Fahrenheita, konvencionalne baterije koje sadrže organske tekuće spojeve ne mogu preživjeti, pa se stoga moraju dodati ručno, nakon što se sklop ohladi. Ova jedinstvena značajka tankoslojnih baterija donijela im je naziv elektronička baterija.

Konstrukcija tankoslojne baterije vrlo je jednostavna. Različiti slojevi se talože isparavanjem ili raspršivanjem, metodom koja se obično koristi u industriji proizvodnje poluvodiča. Katoda je obično velike površine i na vrhu je prekrivena slojem elektrolita preko kojeg se taloži anoda. Elektrolitički sloj izolira cijelu katodu od anode. Baza ili podloga na dnu, a pakiranje na vrhu, štiti bateriju od oštećenja. Ovisno o podlozi i načinu pakiranja, ukupna debljina baterije može biti od 0.35 mm do 0.62 mm. Budući da se baterija može proizvesti u bilo kojem obliku i veličini, može se ciljati na bilo koji specifičan prostor, energiju i snagu.

Elektronička baterija je sposobna isporučiti električnu energiju s velikom gustoćom struje zbog dobrog iskorištenja katode. Gustoća struje, a time i kapacitet pražnjenja, ovise o površini katode. Uz dobru veličinu katode, tankoslojna baterija može se pohvaliti velikom izlaznom energijom pri određenoj brzini pražnjenja.

Praktični primjer tankoslojne baterije je litijeva baterija. Anoda je metalni litij, s katodom od litij kobalt oksida. Ovaj raspored čini punjive baterije, na kojima se mogu puniti do 4.2 volta, a mogu se više puta prazniti do 3.0 volta. Kapacitet litij-ionskih baterija izražava se kao količina struje koju baterija može isporučiti u određenom vremenu u satima, a označava se s AH ili mAH. Energija tankoslojnih baterija dana je kao umnožak napona i naboja koji on daje, izražen u WH ili mWH.