Tehokkaat ja uudelleenladattavat litiumioniakut ovat vakiinnuttaneet asemansa tärkeinä akkuina viime vuosina. Nykyiseen teknologiaan perustuvat litiumioniakut ovat kuitenkin saavuttamassa jo pienimmän realistisesti toteutettavan kokonsa. Ongelmia aiheuttaa myös nestemäinen elektrolyytti. Näitä akkuja korvaamaan on suunnitteilla kiinteitä elektrolyyttejä käyttäviä akkuja, esimerkiksi ohutkalvokakkuja. Tällaisista akuista voidaan tehdä pienempiä ja ne ovat myös turvallisempia energianlähteitä kuin nestemäisen elektrolyytin sisältävät akut. Kiinteitä elektrolyyttejä voidaan valmistaa esimerkiksi atomikerroskasvatusmenetelmällä (Atomic Layer Deposition, ALD), jonka etuina on kasvatettavan kalvon konformaalisuus ja säädeltävä paksuus.
Tämän Pro Gradu -tutkielman kirjallisuuskatsauksessa käsitellään litiumioniakkujen nykytilannetta, kiinteiden akkurakenteiden ja 3D-rakenteen etuja ja vaatimuksia yleisesti, hyvien kiinteiden epäorgaanisten ionijohteiden rakennetta sekä ALD-menetelmän käyttöä erilaisten akkurakenteiden valmistuksessa.
Kokeellisessa osassa tutkittiin atomikerroskasvatusmenetelmän ja kiinteän olomuodon reaktion yhdistelmää LiMOx-ohutkalvojen valmistukseen. Menetelmä osoittautui lupaavaksi. Sillä on mahdollista valmistaa LiMOx-materiaaleja, joissa litium on osana ternääristä yhdistettä. Käytetyssä menetelmässä binäärisen ALD-oksidikalvon päälle kasvatettiin ALD:llä litiumkarbonaattikalvo ja kerrosrakennetta kuumennettiin. Litiumionien käyttäytymistä tutkittiin useiden eri binääristen metallioksidien kanssa. Menetelmällä valmistettiin LiTaO3-, LiNbO3- ja Li2TiO3-kalvoja. Samalla menetelmällä saatiin litium liikkumaan HfO2- ja ZrO2-kalvojen läpi piisubstraatin pinnalle asti. Erityisesti jälkimmäiset tulokset ovat mielenkiintoisia kiinteitä elektrolyyttimateriaaleja ajatellen. HfO2-kalvon toimivuutta litiumionijohteena tutkittiin myös osana monimutkaisempaa rakennetta. Litium saatiin liikkumaan HfO2:n läpi ja muodostamaan Li2TiO3:ia Li2CO3/HfO2/TiO2/SiO2/Si-kerrosrakennetta kuumentamalla. ALD-menetelmän lisäksi litiumia sisältävän yhdisteen valmistusta metallioksidikalvon päälle tutkittiin myös spin coating -menetelmällä. Menetelmällä valmistettiin LiTaO3- ja Li2TiO3-kalvoja.
