Das Verdienst für die Entwicklung von Dünnschichtbatterien geht an ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. John Bates. Sie führten über ein Jahrzehnt lang Forschungen am Oak Ridge National Laboratory zur Entwicklung einer Dünnschichtbatterie durch. Herkömmliche Batterien sind sperrig und unflexibel, was sie für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen ungeeignet macht. Ein weiterer Faktor ist das Verhältnis von Energie zu Gewicht, das für herkömmliche Batterien recht niedrig ist.
Spezifische Merkmale der Dünnschichtbatterien sind die Festkörperkonstruktion. Sie können in jeder Form und Größe geformt werden und sind unter allen Betriebsbedingungen absolut sicher. Diese speziellen Batterien können auch in einem breiteren Betriebstemperaturbereich verwendet werden. Aufgrund ihrer Solid-State-Konstruktion können Dünnschichtbatterien Temperaturen von bis zu 280 Grad Celsius oder 586 Grad Fahrenheit ohne Ausfall standhalten.
Dadurch können Dünnfilmbatterien zusammen mit anderen elektronischen Komponenten in einem Löt-Reflow-Prozess zum Zusammenbau von elektronischen Schaltungen gelötet werden. Bei diesem Prozess werden alle Komponenten auf eine Temperatur erhitzt, bei der Lot typischerweise schmilzt und fließt, um jede Komponente mit der Leiterplatte zu verbinden. Da diese Temperatur etwa 250-280 Grad Celsius beträgt, können herkömmliche Batterien mit organischen flüssigen Verbindungen nicht überleben und müssen daher manuell hinzugefügt werden, nachdem die Baugruppe abgekühlt ist. Diese einzigartige Eigenschaft von Dünnschichtbatterien hat ihnen den Namen Elektronikbatterie eingebracht.
Der Aufbau einer Dünnschichtbatterie ist sehr einfach. Verschiedene Schichten werden durch Aufdampfen oder Sputtern abgeschieden, ein Verfahren, das häufig in der Halbleiterherstellungsindustrie verwendet wird. Die Kathode ist normalerweise eine große Oberfläche und ist oben mit einer Elektrolytschicht bedeckt, über der die Anode abgeschieden wird. Die Elektrolytschicht isoliert die gesamte Kathode von der Anode. Eine Unterlage oder ein Substrat an der Unterseite und eine Verpackung an der Oberseite schützen den Akku vor Beschädigungen. Je nach Substrat und Verpackungsmethode kann die Gesamtdicke der Batterie nur 0.35 mm bis 0.62 mm betragen. Da die Batterie in beliebiger Form und Größe hergestellt werden kann, können beliebige Raum-, Energie- und Leistungsfähigkeiten gezielt eingesetzt werden.
Eine Elektronikbatterie ist aufgrund der guten Kathodenausnutzung in der Lage, Strom mit hohen Stromdichten zu liefern. Die Stromdichte und damit die Entladungskapazität sind abhängig von der Fläche der Kathode. Bei einer guten Kathodengröße kann die Dünnschichtbatterie eine hohe Energieabgabe bei einer bestimmten Entladerate aufweisen.
Ein praktisches Beispiel für eine Dünnschichtbatterie ist eine Lithiumbatterie. Die Anode besteht aus metallischem Lithium mit einer Lithium-Kobalt-Oxid-Kathode. Diese Anordnung ermöglicht wiederaufladbare Batterien, die mit bis zu 4.2 Volt geladen und bis zu 3.0 Volt wiederholt entladen werden können. Die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus wird als Strommenge ausgedrückt, die der Akku in einer bestimmten Zeit in Stunden liefern kann, und wird mit AH oder mAH bezeichnet. Die Energie von Dünnschichtbatterien wird als Produkt der Spannung und der von ihr gelieferten Ladung angegeben, ausgedrückt in Wh oder mWh.