薄膜电池的工作原理

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电池有很多种形式。这可以通过不同的分类，如初级或二级，或通过电池本身的内部结构。由于电池被用于如此多的商业产品，因此有许多不同类型的电池，人们一直在进行研究，以制造更小、更高效和更安全的电池。在这篇文章中，我们将介绍薄膜电池，它们是如何工作的，以及它们相对于其他类型电池的优势。

什么是薄膜电池

薄膜电池是一种固态电池，即既使用固体电极又使用固体电解质的电池。然而，与许多其他电池不同的是，它们只有几百纳米大小。与所有的电池一样，薄膜电池既有阳极也有阴极，以及电解质和阴极之间的分隔材料。

对于许多薄膜电池，阴极通常由锂氧化物复合物制成，如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4。阳极材料通常由碳基材料（如石墨）制成，但也可以使用锂和其他金属。

两种电极中使用的材料的关键特征是它们是分层材料;欧洲杯足球竞彩这使得在制造电池的过程中可以产生少量的层，从而使电池非常薄。此外，还使用了层状材料，使电池中的锂离子可以欧洲杯足球竞彩很容易地插入和脱插入，而不会对电极结构造成任何破坏。为了创造所需的厚度，材料通常使用物理气相沉积(PVD)技术，如溅射和热蒸发欧洲杯足球竞彩。

如前所述，这些电池中的电解质传统上是由固体无机基材料制成的。欧洲杯足球竞彩最常用的固体电解质是氧化氮磷锂(LiPON)，尽管最近的研究已经看到使用陶瓷电解质如氧化镧锂锌(LLZO)和氧化镧锂钛(LLTO)的激增。不管结构如何，所使用的电解质必须是有效的离子导体和良好的电绝缘体。

薄膜电池的工作原理

薄膜电池的内部结构类似于许多可充电电池的结构，只是要小得多，所以离子迁移机制本质上是相同的。所以，当电池充电时，锂离子从富含锂的阴极迁移到阳极。当电池处于这种状态时，它会吸收能量，然后储存起来。如果在充电过程中打开电池，锂离子将回到阴极，电子将从阴极移动到阳极(尽管不是通过电解液)，两个电极之间就会产生电流。

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电池未充电时，处于放电状态。锂离子从阳极移动到阴极（即放电），电子从阴极移动到阳极。离子完全放电所需的时间是电池的当前寿命，当所有锂离子返回到阴极时，电池将耗尽电源，因为如果没有锂离子移动，电子将不会迁移。因此，电池需要再次充电。如果电池位于可以关闭的产品中，则在设备关闭时电池仍会放电，但放电速度要慢得多。

薄膜电池的优点

薄膜电池确实比传统的可充电固态电池有一些优势。第一个也是最明显的优点是，它们的尺寸小得多，因此可以用来制造更小的电子设备。除此之外，薄膜电池通常比笨重的固态电池具有更高的性能、更高的平均输出电压、更轻的重量、更高的灵活性、更高的能量密度、更低的电解液泄漏机会、更紧密的封装和更长的寿命周期。像许多可充电电池一样，这些薄膜电池在电极之间也具有高效的可逆锂插入机制。

薄膜电池在市场上可以买到，可以用于许多应用，包括可再生能源存储设备、智能卡、射频识别(RFID)标签、便携式电子设备、除颤器、神经刺激器、起搏器和无线传感器。

资料来源和进一步阅读

• Angstrom工程：https://angstromengineering.com/applications/thin-film-batteries/
• 维克森林大学:http://users.wfu.edu/ucerkb/Nan242/L17-Batteries.pdf
• 电化学学会:https://www.electrochem.org/dl/interface/fal/fal08/fal08_p44-48.pdf
• 圣微电子

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