باتری‌ها که استفاده از آنها به اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 میلادی باز می‌گردد، بدون تردید نقش قابل توجهی را در توسعه‌ی فناوری‌های موجود ایفا کرده‌اند. در طی صد سال گذشته باتری‌های مختلفی به لحاظ ترکیب شیمیایی و شکل ظاهری- سلول‌های الکتروشیمیایی اولیه تا باتری‌های لایه نازک مدرن- به بازار عرضه شده است. 

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، باتری‌های لیتیوم- یون به دلیل دارا بودن خواصی به مراتب مطلوب‌تر از سایر باتری‌ها به عنوان پلتفرم اصلی فناوری ساخت باتری مطرح است. 

این خواص عبارتند از دانسیته بالای انرژی و حداقل اثر حافظه (memory effect). پس از رشد چشمگیر در توسعه‌ی تکنولوژی‌های جدیدتر، پیچیده‌تر و متعاقبا نیازمند به مصرف انرژی بیشتر، هنوز نیاز به باتری‌های ایمن، سبک وزن و بادوام به معنی واقعی افزایش نیافته است. 

در نتیجه پیش بینی می‌شود طی ده سال آینده بازار باتری‌های لیتیوم- یون به حداقل 10 میلیارد دلار افزایش یابد. در این میان بازار باتری‌های لایه نازک به دلیل افزایش تقاضا در حوزه‌های مختلف فناوری بیشترین توجه را به خود جلب خواهد کرد.

یک باتری لایه نازک متشکل از لایه‌های آند، کاتد و الکترولیت با ضخامت 001/0 میلیمتر است. رسوب‌دهی لایه‌ها معمولا با روش رسوب‌دهی فیزیکی فاز بخار (PVD)، از طریق تبخیر حرارتی یا اسپاترینگ انجام می‌شود.

با توجه به تقاضای روزافزون معیارهای عملکرد استاندارد برای باتری‌ها، بیشتر تحقیقات انجام شده در این حوزه در مورد آند، کاتد و مواد الکترولیتی بوده و به همین دلیل دانش لازم در زمینه مواد مورد استفاده به سرعت پیشرفت کرده است. 

برای مثال برای ساخت کاتد از ترکیبات پیچیده لیتیم- اکسیدها نظیر LiCoO2، LiMn2O4 و LiFePO4 استفاده می‌شود؛ در حالیکه برای ساخت آند معمولا مواد کربنی مانند گرافیت یا فلز لیتیوم پیشنهاد می‌شوند.

در باتری‌های لایه نازک آند و کاتد دارای ساختار لایه‌ای بوده و ضمن حفظ ساختار لایه‌ای خود امکان ورود و درج (Intercalation) لیتیوم در لایه‌ها را فراهم می‌کنند. 

الکترولیت در این باتری جامد بوده و بایستی رسانای یون و عایق خوبی باشد؛ ضمن اینکه الکترولیت باید به گونه‌ای باشد که باتری تولید شده سبک، با دوام و ایمن باشد. برای حصول این خواص ترکیب ماده مورد استفاده در الکترولیت تعیین کننده خواهد بود. 

با وجود اینکه الکترولیت‌ها معمولا از جنس LiPON ساخته می‌شوند اما تحقیقات نشان می‌دهد که سرامیک‌هایی مانند اکسید لیتیوم-لانتانیم-روی (LLZO) و اکسید لیتیوم-لانتانیم-تیتانیوم(LLTO)  می‌توانند مواد مؤثرتری باشند.

به تازگی یک شرکت مهندسی سیستم رسوب‌دهی را ارائه کرده که امکان رسوب دامنه وسیعی از مواد مورد استفاده در باتری‌های لایه نازک را فراهم می‌کند. این دستگاه از قابلیت تبخیر حرارتی برای رسوب لیتیوم و قابلیت اسپاترینگ برای رسوب مواد سرامیکی و لیتیوم-اکسیدها برخوردار است. 

این دستگاه می‌تواند به محفظه‌های عایق که دو لوله‌ی دستکش مانند دارد (glove-boxes) مجهز شود و از این طریق جابجایی مواد و زیرلایه تحت اتمسفر خلا صورت گیرد. همچنین این سیستم انعطاف‌پذیری لازم برای طیف وسیعی از نیازهای فرآیند، سهولت جابجایی مواد و ایمنی را ایجاد می‌کند.

پایان پیام/29