Il merito per lo sviluppo di batterie a film sottile va a un team di scienziati guidati dal Dr. John Bates. Hanno condotto, per oltre un decennio, ricerche presso l’Oak Ridge National Laboratory per lo sviluppo di una batteria a film sottile. Le batterie convenzionali sono ingombranti e non flessibili, il che le rende inadatte all’uso dove lo spazio è un vincolo. Un altro fattore è il rapporto tra energia e peso, che è piuttosto basso per le batterie convenzionali.
Le caratteristiche specifiche delle batterie a film sottile sono la costruzione completamente allo stato solido. Possono essere formati in qualsiasi forma o dimensione e sono completamente sicuri in qualsiasi condizione operativa. Queste batterie specifiche possono essere utilizzate anche in un intervallo di temperature di esercizio più ampio. A causa della loro costruzione 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 rifusione della saldatura per l’assemblaggio di circuiti elettronici. In questo processo, tutti i componenti vengono riscaldati a una temperatura alla quale la saldatura tipicamente fonde 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 pertanto devono essere aggiunte manualmente, dopo che l’assemblaggio ha avuto il tempo di raffreddarsi. Questa caratteristica unica delle batterie a film sottile è valsa loro 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 solitamente una grande superficie ed è ricoperto sulla parte superiore da uno strato di elettrolita su cui si deposita l’anodo. Lo strato elettrolitico isola l’intero catodo dall’anodo. Una base o un substrato nella parte inferiore e un imballaggio nella parte superiore proteggono la batteria dai danni. A seconda del substrato e del metodo di imballaggio, lo spessore totale della batteria potrebbe variare da 0.35 mm a 0.62 mm. Poiché la batteria può essere prodotta in qualsiasi forma e dimensione, è possibile mirare a qualsiasi spazio specifico, capacità di energia e potenza.
Una batteria elettronica è in grado di fornire elettricità con densità di corrente elevate grazie al buon utilizzo del catodo. La densità di corrente, 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 specificata.
Un esempio pratico di batteria a film sottile è una batteria al litio. L’anodo è di litio metallico, con un catodo di ossido di litio e cobalto. Questa disposizione consente batterie ricaricabili, sulle quali possono essere caricate fino a 4.2 volt e possono essere scaricate ripetutamente fino a 3.0 volt. La capacità delle batterie agli ioni di litio è espressa come la quantità di corrente che la batteria può fornire in un tempo specificato in ore e indicata da AH o mAH. L’energia delle batterie a film sottile è data come il prodotto della tensione e della carica da essa fornita, espressa in WH o mWH.