Forskare testade materialet på myntceller. Kredit:Mikko Raskinen / Aalto-universitetet
Med människor som vill använda mindre elektroniska enheter, mindre energilagringssystem behövs. Forskare vid Aalto-universitetet i Finland har visat tillverkning av elektrokemiskt aktiva organiska litiumelektrodtunna filmer, som hjälper till att göra mikrobatterier effektivare än tidigare. Forskare använde en kombinerad atomär/molekylär skiktavsättning (ALD/MLD) teknik, för att framställa litiumtereftalat, ett nyligen hittat anodmaterial för ett litiumjonbatteri.
När mikrobatterier tillverkas, den viktigaste utmaningen är att få dem att kunna lagra stora mängder energi på ett litet utrymme. Ett sätt att förbättra energitätheten är att tillverka batterierna baserat på tredimensionella mikrostrukturerade arkitekturer. Detta kan öka den effektiva ytan inuti ett batteri - till och med dussintals gånger. Dock, tillverkningen av material som passar dessa har visat sig vara mycket svårt.
"ALD är en utmärkt metod för att göra batterimaterial lämpliga för 3D-mikrostrukturerade arkitekturer. Vår metod visar att det är möjligt att till och med producera organiska elektrodmaterial genom att använda ALD, vilket ökar möjligheterna att tillverka effektiva mikrobatterier, säger doktorand Mikko Nisula från Aalto-universitetet.
Forskarnas deponeringsprocess för Li-tereftalat har visat sig överensstämma väl med de grundläggande principerna för tillväxt av ALD-typ, inklusive de sekventiella självmättade ytreaktionerna, vilket är en nödvändighet när man siktar på mikrolitiumjonenheter med tredimensionell arkitektur. De avsatta filmerna visar sig vara kristallina över avsättningstemperaturområdet 200 - 280 °C, vilket är en egenskap som är mycket önskvärd för ett elektrodmaterial, men ganska ovanligt för hybrid organiskt-oorganiskt tunna filmer.
Provet får ett stålsubstrat att se blått ut. Bakom handen finns en ALD-reaktor. Kredit:Mikko Raskinen / Aalto-universitetet
En utmärkt hastighetskapacitet säkerställs för Li-tereftalatfilmerna, utan ledande tillsatser. Elektrodens prestanda kan förbättras ytterligare genom att deponera ett tunt skyddande LiPON-elektrolytskikt i fast tillstånd ovanpå Li-tereftalat. Detta ger mycket stabila strukturer med en kapacitetsretention på över 97 % efter 200 laddnings-/urladdningscykler vid 3,2 C.
Studien om metoden har nu publicerats i senaste upplagan av Nanobokstäver .
