Une batterie à couche mince est une forme de batterie au lithium-ion qui peut être aussi petite que quelques millimètres d’épaisseur. Les batteries à couche mince utilisent un processus similaire à celui d’une batterie lithium-ion standard pour fournir de l’énergie, mais présentent plusieurs avantages par rapport à la batterie plus grande. En plus d’être beaucoup plus petits, ils durent également plus longtemps, peuvent fonctionner à des températures plus extrêmes et peuvent prendre n’importe quelle forme. Ils ont été développés par une équipe de scientifiques et d’ingénieurs dirigée par le Dr John Bates du laboratoire national d’Oak Ridge dans le Tennessee.
La méthode utilisée pour fabriquer une batterie plus mince qu’un quart des États-Unis est un processus appelé dépôt physique en phase vapeur. Les matériaux de la batterie à couches minces sont superposés un par un sur un substrat. Si le substrat est flexible, la batterie sera également flexible. Chaque matériau commence sous forme de vapeur, qui est ensuite condensée pour former un revêtement mince et solide sur le substrat. Le substrat est nécessaire pour séparer l’anode et la cathode dans la batterie.
Une anode est le point de contact sur la batterie dans lequel le courant circule. La cathode est le point d’où elle sort. Tous les types de batteries au lithium-ion, y compris la batterie à couche mince, fonctionnent lorsqu’un lithium-ion se déplace de l’anode à la cathode à travers un électrolyte solide. Un électrolyte est tout matériau qui conduit l’électricité. Dans une batterie à couches minces, l’électrolyte est souvent un polymère flexible.
Comme toutes les batteries lithium-ion, les batteries à couches minces sont rechargeables. Les batteries au lithium-ion sont courantes dans l’électronique grand public comme les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables. Comme une batterie à couche mince est si petite, l’appareil électronique qu’elle alimente peut également être petit. Cela permet des appareils électroniques plus petits et plus légers que ceux alimentés par des batteries lithium-ion standard.
Outre sa taille, la batterie à couche mince présente plusieurs autres avantages par rapport à une batterie lithium-ion standard. Il a un meilleur rapport énergie/poids. Le coût de la batterie n’augmente pas à mesure que la taille diminue. Les batteries à couches minces peuvent également fonctionner à des températures extrêmes qui endommageraient les batteries lithium-ion standard.
Une batterie à couche mince a une durée de vie plus longue qu’une batterie lithium-ion standard. Le cycle de vie d’une batterie est le nombre de fois qu’elle peut être chargée puis complètement déchargée avant que sa capacité énergétique ne tombe en dessous de 80 % de la capacité d’origine. Cette perte de puissance se produit parce que les matériaux de la batterie se décomposent très lentement lorsque l’électricité les traverse.