Met mensen die kleinere elektronische apparaten willen gebruiken, kleinere energieopslagsystemen nodig zijn. Onderzoekers van de Aalto Universiteit in Finland hebben de fabricage aangetoond van elektrochemisch actieve organische lithiumelektrode dunne films, die helpen microbatterijen efficiënter te maken dan voorheen. Onderzoekers gebruikten een gecombineerde atomaire/moleculaire laagdepositie (ALD/MLD) techniek, om lithiumtereftalaat te bereiden, een recent gevonden anodemateriaal voor een lithium-ionbatterij.

Wanneer microbatterijen worden vervaardigd, de belangrijkste uitdaging is om ze in staat te stellen grote hoeveelheden energie op te slaan in een kleine ruimte. Een manier om de energiedichtheid te verbeteren is om de batterijen te vervaardigen op basis van driedimensionale microgestructureerde architecturen. Dit kan het effectieve oppervlak in een batterij zelfs tientallen keren vergroten. Echter, de productie van daarvoor geschikte materialen is zeer moeilijk gebleken.

"ALD is een geweldige methode om batterijmaterialen geschikt te maken voor 3D-microgestructureerde architecturen. Onze methode laat zien dat het mogelijk is om zelfs organische elektrodematerialen te produceren met behulp van ALD, waardoor de mogelijkheden om efficiënte microbatterijen te produceren toenemen, ", zegt promovendus Mikko Nisula van Aalto University.

Het depositieproces van de onderzoekers voor Li-tereftalaat blijkt goed te voldoen aan de basisprincipes van ALD-type groei, inclusief de opeenvolgende zelfverzadigde oppervlaktereacties, wat een noodzaak is bij het mikken op micro-lithium-ion-apparaten met driedimensionale architecturen. De films zoals afgezet blijken kristallijn te zijn over het depositietemperatuurbereik van 200 - 280 °C, wat een eigenschap is die zeer gewenst is voor een elektrodemateriaal, maar nogal ongebruikelijk voor hybride organisch-anorganische dunne films.

Een uitstekend snelheidsvermogen wordt vastgesteld voor de Li-tereftalaatfilms, zonder dat er geleidende toevoegingen nodig zijn. De elektrodeprestaties kunnen verder worden verbeterd door een dunne beschermende LiPON-elektrolytlaag in vaste toestand op Li-tereftalaat aan te brengen. Dit levert zeer stabiele structuren op met een capaciteitsbehoud van meer dan 97% na 200 laad-/ontlaadcycli bij 3,2 C.

Het onderzoek naar de methode is nu gepubliceerd in de nieuwste editie van Nano-letters .