Elastīgs akumulators — plaša patēriņa elektronikas artērija nākotnē

Uzlabojoties dzīves līmenim un attīstoties tehnoloģijām, arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta elastīgai elektronikai. Elastīgo elektronisko tehnoloģiju attīstība var būtiski mainīt produktu formu veselības, valkājamas, interneta un pat robotikas jomā, un tam ir milzīgs tirgus potenciāls.

Uzlabojoties dzīves līmenim un attīstoties tehnoloģijām, arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta elastīgai elektronikai. Elastīgo elektronisko tehnoloģiju attīstība var būtiski mainīt produktu formu veselības, valkājamas, interneta un pat robotikas jomā, un tam ir milzīgs tirgus potenciāls.

Daudzi uzņēmumi ir ieguldījuši daudz pētniecībā un attīstībā, viens pēc otra agrīni ieviešot nākamās paaudzes tehnoloģijas un izstrādājot jaunus produktus. Nesen salokāmie mobilie tālruņi ir kļuvuši par iecienītu virzienu. Salocīšana ir pirmais solis elektronisko izstrādājumu pārejai no tradicionālās stingrības uz elastīgumu.

Samsung Galaxy Fold un Huawei Mate X ir parādījuši sabiedrības redzeslokā salokāmos tālruņus un ir patiesi komerciāli, taču to risinājumi ir sadalīti uz pusēm. Lai gan tiek izmantots vesels elastīga OLED displeja gabals, pārējais ir Ierīci nevar salocīt vai saliekt. Pašlaik patiesais ierobežojošais faktors elastīgām ierīcēm, piemēram, elastīgiem mobilajiem tālruņiem, vairs nav pats ekrāns, bet gan elastīgās elektronikas, īpaši elastīgo akumulatoru, inovācija. Enerģijas padeves akumulators bieži aizņem lielāko daļu ierīces tilpuma, tāpēc tas ir arī, visticamāk, būtiskākā daļa patiesas elastības un saliekamības sasniegšanā. Turklāt valkājamas ierīces, piemēram, viedpulksteņi un viedās rokassprādzes, joprojām izmanto tradicionālās cietās baterijas, kuru izmērs ir ierobežots, kā rezultātā akumulatora darbības laiks bieži tiek upurēts. Tāpēc lielas ietilpības, augstas elastības elastīgās baterijas ir revolucionārs faktors salokāmos mobilajos tālruņos un valkājamās ierīcēs.

1. Elastīgo akumulatoru definīcija un priekšrocības

Elastīgs akumulators parasti attiecas uz baterijām, kuras var saliekt un izmantot atkārtoti. To īpašības ir saliekamas, izstiepjamas, salokāmas un pagriežamas; tās var būt litija jonu baterijas, cinka-mangāna baterijas vai sudraba-cinka baterijas vai pat superkondensators. Tā kā katra elastīgā akumulatora daļa locīšanas un stiepšanas procesā tiek pakļauta noteiktai deformācijai, katras elastīgā akumulatora daļas materiāliem un struktūrai ir jāsaglabā veiktspēja pēc vairākām locīšanas un izstiepšanas reizēm. Protams, tehniskās prasības šajā jomā ir ļoti augstas. Augsts. Pēc tam, kad pašreizējais cietais litija akumulators tiek deformēts, tā darbība tiks nopietni bojāta un var rasties pat drošības apdraudējumi. Tāpēc elastīgām baterijām ir nepieciešami pavisam jauni materiāli un konstrukcijas dizains.

Salīdzinot ar tradicionālajiem cietajiem akumulatoriem, elastīgajiem akumulatoriem ir labāka pielāgošanās videi, pretsadursmes veiktspēja un labāka drošība. Turklāt elastīgās baterijas var likt elektroniskajiem izstrādājumiem attīstīties ergonomiskākā virzienā. Elastīgi akumulatori var ievērojami samazināt viedās aparatūras izmaksas un apjomu, pievienot jaunas iespējas un uzlabot esošās iespējas, ļaujot novatoriskajai aparatūrai un fiziskajai pasaulei panākt vēl nebijušu dziļu integrāciju.

2. Elastīgo akumulatoru tirgus lielums

Elastīgā elektronikas nozare tiek uzskatīta par nākamo lielāko elektronikas nozares attīstības tendenci. Tās straujās attīstības virzītājspēki ir milzīgais tirgus pieprasījums un enerģiskā valsts politika. Daudzas ārvalstis jau ir formulējušas elastīgas elektronikas pētniecības plānus. Piemēram, ASV FDCASU plāns, Eiropas Savienības Horizon projekts, Dienvidkorejas "Korejas zaļās IT nacionālā stratēģija" un tā tālāk, Ķīnas Dabaszinātņu fonda Ķīnas 12. un 13. piecu gadu plānā arī elastīga elektronika ir iekļauta kā svarīga pētniecības joma. mikronano ražošana.

Papildus elektronisko shēmu, funkcionālo materiālu, mikronano ražošanas un citu tehnoloģiju jomu integrēšanai elastīgās elektroniskās tehnoloģijas aptver arī pusvadītājus, iepakošanu, testēšanu, tekstilizstrādājumus, ķīmiskās vielas, iespiedshēmas, displeju paneļus un citas nozares. Tas virzīs triljonu dolāru tirgu un palīdzēs tradicionālajām nozarēm palielināt nozaru pievienoto vērtību un ieviest revolucionāras izmaiņas rūpniecības struktūrā un cilvēku dzīvē. Saskaņā ar autoritatīvu organizāciju prognozēm elastīgās elektronikas nozares vērtība 46.94. gadā būs 2018 miljards ASV dolāru, bet 301. gadā – 2028 miljards ASV dolāru ar salikto gada pieauguma tempu gandrīz 30% no 2011. līdz 2028. gadam, un tai ir ilgtermiņa tendence. strauja izaugsme.

Elastīgs akumulators — plaša patēriņa elektronikas artērija nākotnē 〡 Mizuki Capital oriģināls
1. attēls. Elastīga akumulatoru nozares ķēde

Elastīgs akumulators ir svarīga elastīgās elektronikas jomas sastāvdaļa. Tos var izmantot salokāmos mobilajos tālruņos, valkājamās ierīcēs, gaišos apģērbos un citās jomās, un tiem ir plašs tirgus pieprasījums. Saskaņā ar Markets and Markets publicēto pētījuma ziņojumu par 2020. gada globālo elastīgo akumulatoru tirgus prognozi, paredzams, ka līdz 2020. gadam globālais elastīgo akumulatoru tirgus sasniegs 617 miljonus ASV dolāru. No 2015. gada līdz 2020. gadam elastīgo akumulatoru apjoms pieaugs ar salikto gada pieauguma tempu 53.68%. Palielināt. Paredzams, ka 280. gadā valkājamo ierīču nozare ir tipiska elastīgu akumulatoru pakārtota nozare, tāpēc 2021. gadā tiks piegādāti XNUMX miljoni vienību. Tradicionālajai aparatūrai nonākot sastrēgumu periodā un novatoriskām jauno tehnoloģiju pielietojumam, valkājamās ierīces ievada jaunu straujas attīstības periodu. Būs liela mēroga pieprasījums pēc elastīgām baterijām.

Tomēr elastīgo akumulatoru nozare joprojām saskaras ar daudzām problēmām, un lielākā problēma ir tehniskas problēmas. Elastīgajai akumulatoru nozarei ir lielas ienākšanas barjeras, un ir jāatrisina daudzi jautājumi, piemēram, materiāli, struktūras un ražošanas procesi. Pašlaik liela daļa pētniecisko darbu vēl ir laboratorijas stadijā, un ir ļoti maz uzņēmumu, kas var veikt masveida ražošanu.

3.Elastīgo akumulatoru tehniskais virziens

Elastīgo vai elastīgo akumulatoru realizācijas tehniskais virziens galvenokārt ir jaunu konstrukciju un elastīgu materiālu projektēšana. Konkrēti, galvenokārt ir šādas trīs kategorijas:

3.1. Plānas plēves akumulators

Plānās plēves akumulatoru pamatprincips ir izmantot īpaši plānu materiālu apstrādi katrā akumulatora slānī, lai atvieglotu locīšanu un, otrkārt, uzlabotu cikla veiktspēju, pārveidojot materiālu vai elektrolītu. Plānās plēves baterijas galvenokārt pārstāv litija keramikas baterijas no Taivānas Huineng un cinka polimēru baterijas no Imprint Energy Amerikas Savienotajās Valstīs. Šāda veida akumulatora priekšrocība ir tā, ka tas var sasniegt noteiktu lieces pakāpi un ir īpaši plāns (<1 mm); mīnuss ir tas, ka IT nevar to izstiept, pēc pagriešanas kalpošanas laiks ātri samazinās, jauda ir maza (miliampērstundu līmenis), un izmaksas ir augstas.

3.2. Drukāts akumulators (papīra akumulators)

Tāpat kā plānās plēves baterijas, papīra baterijas ir baterijas, kas izmanto plānu plēvi kā nesēju. Atšķirība ir tāda, ka sagatavošanas procesā uz plēves tiek pārklāta īpaša tinte, kas izgatavota no vadošiem materiāliem un oglekļa nanomateriāliem. Plānas plēves papīra akumulatoru īpašības ir mīkstas, vieglas un plānas. Lai gan tiem ir mazāka jauda nekā plānās plēves akumulatoriem, tie ir videi draudzīgāki — parasti tie ir vienreizējās lietošanas akumulatori.

Papīra akumulatori pieder drukātajai elektronikai, un visas to sastāvdaļas vai detaļas tiek komplektētas ar drukas ražošanas metodēm. Tajā pašā laikā drukātie elektroniskie izstrādājumi ir divdimensiju un tiem ir elastīgas īpašības.

3.3. Jaunas konstrukcijas akumulators (lielas ietilpības elastīgs akumulators)

Plānās plēves baterijas un drukātās baterijas ir ierobežotas ar tilpumu, un tās var nodrošināt tikai mazjaudas produktus. Un lielākam skaitam lietojumprogrammu scenāriju ir lielāks pieprasījums pēc milzīgas jaudas. Tas padara neplānas plēves 3D elastīgās baterijas par karstu tirgu. Piemēram, pašreizējais populārais lielas ietilpības elastīgs, izstiepjams akumulators, ko realizē salas tilta konstrukcija. Šī akumulatora darbības princips ir akumulatora bloka sērijveida paralēlā struktūra. Grūtības slēpjas augstā vadītspējā un uzticamajā saiknē starp akumulatoriem, kas var izstiepties un saliekties, un ārējo Protect iepakojuma dizainu. Šāda veida akumulatoru priekšrocība ir tā, ka tā var izstiepties, saliekties un griezties. Pagriežot, tikai savienotāja saliekšana neietekmē paša akumulatora darbības laiku. Tam ir liela jauda (ampērstundu līmenis) un zemas izmaksas; trūkums ir tas, ka vietējais maigums nav tik labs kā īpaši plānam akumulatoram. Esi mazs. Ir arī origami struktūra, kas 2D dimensiju papīru saloka dažādās formās 3D telpā, salokot un saliekot. Šī origami tehnoloģija tiek izmantota litija jonu akumulatoriem, un strāvas savācējs, pozitīvais elektrods, negatīvais elektrods utt. tiek salocīts atbilstoši dažādiem locīšanas leņķiem. Izstiepts un saliekts, akumulators var izturēt lielu spiedienu locīšanas efekta dēļ un tam ir laba elastība. Neietekmē veiktspēju. Turklāt tie bieži izmanto viļņveida struktūru, tas ir, viļņveida stiepjamu struktūru. Aktīvais materiāls tiek uzklāts uz viļņveida metāla staba gabala, lai izveidotu stiepjamu elektrodu. Litija akumulators, kas balstīts uz šo struktūru, ir daudzkārt izstiepts un saliekts. Tas joprojām var uzturēt labu cikla jaudu.

Īpaši plānas baterijas parasti izmanto plānos elektroniskajos produktos, piemēram, elektroniskajās kartēs, drukātās baterijas parasti izmanto vienreizējās lietošanas scenārijos, piemēram, RFID tagos, un lielas ietilpības elastīgās baterijas galvenokārt izmanto viedos elektroniskajos produktos, piemēram, pulksteņos un mobilajos tālruņos. kam nepieciešama liela jauda. Superior.

4. Elastīgo akumulatoru konkurences ainava

Elastīgais akumulatoru tirgus joprojām veidojas, un tajā piedalās galvenokārt tradicionālie akumulatoru ražotāji, tehnoloģiju giganti un jaunuzņēmumi. Taču šobrīd pasaulē dominējoša ražotāja nav, un atšķirība starp uzņēmumiem nav liela, un tie pamatā atrodas pētniecības un attīstības stadijā.

No reģionālās perspektīvas pašreizējie elastīgo akumulatoru pētījumi un izstrāde galvenokārt ir koncentrēti ASV, Dienvidkorejā un Taivānā, piemēram, Imprint Energy ASV, Hui Neng Taiwan, LG Chem Dienvidkorejā utt. Tehnoloģiju giganti piemēram, Apple, Samsung un Panasonic arī aktīvi izvieto elastīgus akumulatorus. Kontinentālā Ķīna ir veikusi noteiktus uzlabojumus papīra bateriju jomā. Biržā iekļautie uzņēmumi, piemēram, Evergreen un Jiulong Industrial, ir spējuši sasniegt masveida ražošanu. Vairāki jaunuzņēmumi ir radušies arī citos tehniskajos virzienos, piemēram, Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology un Jizhan Technology. Vienlaikus arī nozīmīgas zinātniskās pētniecības institūcijas izstrādā jaunus tehnoloģiskos virzienus.

Tālāk tiks īsi analizēti un salīdzināti vairāku lielāko elastīgo akumulatoru jomas izstrādātāju produkti un uzņēmuma dinamika:

Taivāna Huinenga

FLCB mīkstās plāksnes litija keramikas akumulators

1. Cietvielu litija keramikas akumulators atšķiras no šķidrā elektrolīta, kas tiek izmantots pieejamajā litija akumulatorā. Tas neiztecēs pat tad, ja tas ir salauzts, sasists, pārdurts vai sadedzināts, un tas neaizdegsies, nedeg vai eksplodēs. Labs drošības sniegums
2. Īpaši plāns, plānākais var sasniegt 0.38 mm
3. Akumulatora blīvums nav tik augsts kā litija akumulatoriem. 33 mm34mm0.38 mm litija keramikas akumulatora jauda ir 10.5 mAh un enerģijas blīvums 91 Wh/l.
4. Tas nav elastīgs; to var tikai saliekt, un to nevar izstiept, saspiest vai savīt.

2018. gada otrajā pusē uzbūvējiet pasaulē pirmo cietvielu litija keramikas bateriju superrūpnīcu.

Dienvidkoreja LG Chem

Kabeļa akumulators

1. Tam ir lieliska elastība un tas var izturēt noteiktu stiepšanās pakāpi
2. Tas ir elastīgāks un nav jāievieto elektroniskā iekārtā, piemēram, tradicionālajos litija jonu akumulatoros. To var novietot jebkur, un to var labi integrēt izstrādājuma dizainā.
3. Kabeļa akumulatoram ir maza jauda un augstas ražošanas izmaksas
4. Pagaidām nav enerģijas ražošanas

Imprint Energy, ASV

Cinka polimēru akumulators

1. Īpaši plāns, labs dinamiskas lieces drošības veiktspēja
2. Cinks ir mazāk toksisks nekā litija baterijas un ir drošāka izvēle iekārtām, ko valkā uz cilvēkiem

Īpaši plānie raksturlielumi ierobežo akumulatora ietilpību, un cinka akumulatora drošības veiktspējai joprojām ir nepieciešama ilgtermiņa tirgus pārbaude. Ilgs produkta konversijas laiks

Sadarbojieties ar Semtech, lai ieietu lietu interneta jomā

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papīra akumulators

1. Ir masveidā ražots un izmantots RFID tagos, medicīnā un citās jomās

To var pielāgot 2. Izmērs, biezums un forma ir atbilstoši lietotāju vajadzībām, un tā var pielāgot akumulatora pozitīvo un negatīvo elektrodu stāvokli.

1. Papīra akumulators ir paredzēts vienreizējai lietošanai, un to nevar uzlādēt
2. Jauda ir maza, un lietošanas scenāriji ir ierobežoti. To var attiekties tikai uz RFID elektroniskajiem tagiem, sensoriem, viedkartēm, novatorisku iepakojumu utt.
3. Pabeigt Enfucell pilnībā piederošo iegādi Somijā 2018. gadā
4. 70. gadā saņēma finansējumu 2018 miljonu RMB apmērā

HOPPT BATTERY

3D drukas akumulators

1. Līdzīgs 3D drukas process un nanošķiedras pastiprināšanas tehnoloģija
2. Elastīgajam litija akumulatoram ir vieglas, plānas un elastīgas īpašības

5. Elastīgo akumulatoru turpmākā attīstība

Pašlaik elastīgajām baterijām vēl ir tāls ceļš ejams elektroķīmiskās veiktspējas rādītājos, piemēram, akumulatora jaudas, enerģijas blīvuma un cikla kalpošanas laikā. Esošajās laboratorijās izstrādātajām baterijām parasti ir augstas procesa prasības, zema ražošanas efektivitāte un augstas izmaksas, kas nav piemērotas liela mēroga rūpnieciskai ražošanai. Nākotnē elastīgu elektrodu materiālu un cieto elektrolītu meklēšana ar izcilu visaptverošu veiktspēju, novatorisks akumulatora struktūras dizains un jaunu cietvielu akumulatoru sagatavošanas procesu izstrāde ir izrāviena virzieni.

Turklāt pašreizējās akumulatoru nozares nozīmīgākais sāpju punkts ir akumulatora darbības laiks. Nākotnē akumulatoru ražotājiem, kas var sasniegt izdevīgu stāvokli, vienlaikus jāatrisina akumulatora darbības laika un elastīgas ražošanas problēma. Paredzams, ka jaunu enerģijas avotu (piemēram, saules enerģijas un bioenerģijas) vai jaunu materiālu (piemēram, grafēna) izmantošana vienlaikus atrisinās šīs divas problēmas.

Elastīgās baterijas nākotnē kļūst par plaša patēriņa elektronikas aortu. Pārskatāmā nākotnē tehnoloģiskie sasniegumi visā elastīgās elektronikas jomā, ko pārstāv elastīgās baterijas, neizbēgami radīs milzīgas izmaiņas iepriekšējās un pakārtotās nozarēs.