Fabrico e caracterização de microbaterias em estado sólido

Abstract

A dissertação apresentada neste documento tem como objetivo o estudo de métodos e técnicas de caracterização de uma bateria em estado sólido. Pretende-se que este estudo leve a uma melhoria na forma como se aplicam as técnicas de caracterização em baterias a fabricar no Micro Fabrication and Systems Integration Lab. Room 1. Uma bateria em estado sólido consiste num dispositivo de armazenamento de energia, em que todos os seus constituintes estão no estado sólido. Relativamente a outras baterias já existentes, a maior diferença está no facto de o eletrólito estar no estado sólido, enquanto nas demais este se encontra no estado liquido ou de gel. Esta característica traz consigo vantagens no campo da segurança e longevidade dos sistemas em que esta estará inserida, pois é eliminado o problema de derrame do eletrólito que danifica os circuitos. Outras das vantagens da bateria em estado sólido está nas técnicas que são utilizadas para efetuar o seu fabrico (PVD- physical vapor deposition). Ao recorrer a este tipo de técnicas tornase possível a inserção de baterias em sistemas que recorram às mesmas técnicas de fabrico, como é o caso de circuitos integrados, micro sensores, smart cards entre outros. Uma característica muito importante neste tipo de baterias é a capacidade de ser carregada recorrendo a técnicas de energy harvesting. Estas técnicas de carregamento consistem em aproveitar fontes de energia (solar, radiofrequência, térmica, vibrações, entre outros), que estão presentes no ambiente em que está inserida, para se carregar. Uma bateria é constituída essencialmente por três partes principais: o ânodo (elétrodo negativo) o eletrólito e o cátodo (elétrodo positivo), o mesmo se verifica em baterias em estado sólido Alguns dos materiais que podem constituir cada uma destas três partes de uma bateria em estado sólido são, o LiCoO2 para o cátodo o LIPON para o eletrólito e o lítio para o ânodo. Estes materiais são depositados recorrendo a técnicas de deposição PVD. O LiCoO2 e o LIPON são depositados recorrendo à técnica de RF Sputtering. No caso da deposição do lítio é utilizada a técnica de evaporação térmica. Para efetuar a análise da bateria foi utilizado o potencióstato Gamry 600, onde se submeterá a bateria a testes de caracterização.

The main goal of this project is to study the methods and techniques necessary to characterize a battery at a solid state. It is intended that this study leads to an improvement in the way how these techniques are applied during the manufacturing of this type of batteries in the Micro Fabrication and Systems Integration Lab. Room 1. A solid state battery is an energy storage device in which all its components are in the solid state. Compared to other existing batteries, the biggest difference is that the electrolyte is in solid form, while in the other batteries it is in a liquid state or gel. This feature brings more advantage in terms of security and longevity of the systems in which this will be inserted because the risk of electrolyte leakage that leads to the damages of circuitry does not exist. Other advantages of a solid state battery are the techniques that are used to perform their manufacture (PVD-physical vapor deposition). Using this type of techniques it is possible to apply batteries in systems which use the same techniques of manufacturing, such as integrated circuits, micro sensors, smart cards among others. A very important feature of this type of batteries is the ability to be charged using energy harvesting techniques. These charging techniques use energy sources, which are present in the environment in which it is located, to charge the batteries. A battery has three main parts: the anode (negative electrode), electrolyte and cathode (positive electrode). The materials that make up each of these three parts in a solid battery are the LiCoO2 for the cathode, LIPON for the electrolyte and lithium for the anode. These materials are deposited using PVD deposition techniques. The LiCoO2 and LIPON are deposited using RF Sputtering technique. In the case of lithium deposition is used the technique of thermal evaporation. To perform the battery analysis a potentiostat Gamry 600 was used, where it underwent tests for battery characterization.