Prilagodljiva baterija - arterija zabavne elektronike v prihodnosti

Z izboljšanjem življenjskega standarda in razvojem tehnologije je fleksibilna elektronika deležna vse več pozornosti. Napredek fleksibilne elektronske tehnologije lahko močno spremeni obliko izdelka na področju zdravja, nosljivosti, interneta vsega in celo robotike ter ima ogromen tržni potencial.

Z izboljšanjem življenjskega standarda in razvojem tehnologije je fleksibilna elektronika deležna vse več pozornosti. Napredek fleksibilne elektronske tehnologije lahko močno spremeni obliko izdelka na področju zdravja, nosljivosti, interneta vsega in celo robotike ter ima ogromen tržni potencial.

Mnoga podjetja so vložila veliko raziskav in razvoja, eno za drugim v zgodnjo uvedbo tehnologije naslednje generacije in razvoj novih izdelkov. V zadnjem času so zložljivi mobilni telefoni postali priljubljena smer. Zlaganje je prvi korak za prehod elektronskih izdelkov s tradicionalne togosti na fleksibilnost.

Samsung Galaxy Fold in Huawei Mate X sta javnosti predstavila zložljive telefone in sta resnično komercialna, vendar so njune rešitve vse prepolovljene. Čeprav je uporabljen cel kos prilagodljivega OLED zaslona, ​​je ostalo Naprave ni mogoče zložiti ali upogniti. Trenutno resnični omejevalni dejavnik za fleksibilne naprave, kot so prilagodljivi mobilni telefoni, ni več sam zaslon, temveč inovacija fleksibilne elektronike, zlasti fleksibilnih baterij. Baterija za oskrbo z energijo pogosto zavzema večino prostornine naprave, zato je tudi najverjetneje bistveni del pri doseganju prave fleksibilnosti in upogljivosti. Poleg tega nosljive naprave, kot so pametne ure in pametne zapestnice, še vedno uporabljajo tradicionalne toge baterije, ki so omejene po velikosti, zaradi česar je življenjska doba baterije pogosto žrtvovana. Zato so prilagodljive baterije velike zmogljivosti in visoke fleksibilnosti revolucionarni dejavnik pri zložljivih mobilnih telefonih in nosljivih napravah.

1.Definicija in prednosti prilagodljivih baterij

Fleksibilna baterija na splošno se nanašajo na baterije, ki jih je mogoče upogniti in uporabljati večkrat. Njihove lastnosti vključujejo upogljivost, raztegljivost, zložljivost in zvijanje; lahko so litij-ionske baterije, cink-manganove baterije ali srebro-cinkove baterije ali celo superkondenzator. Ker je vsak del fleksibilne baterije podvržen določeni deformaciji med postopkom zlaganja in raztezanja, morajo materiali in struktura vsakega dela fleksibilne baterije ohraniti zmogljivost po večkratnem zlaganju in raztezanju. Seveda so tehnične zahteve na tem področju zelo visoke. Visoko. Ko se trenutna toga litijeva baterija deformira, bo njeno delovanje močno poškodovano in lahko celo pride do nevarnosti za varnost. Zato fleksibilne baterije zahtevajo popolnoma nove materiale in strukturne zasnove.

V primerjavi s tradicionalnimi togimi baterijami imajo fleksibilne baterije večjo prilagodljivost okolju, zmogljivost proti trkom in boljšo varnost. Poleg tega lahko fleksibilne baterije spodbudijo razvoj elektronskih izdelkov v bolj ergonomski smeri. Fleksibilne baterije lahko znatno zmanjšajo stroške in obseg inteligentne strojne opreme, dodajo nove zmogljivosti in izboljšajo obstoječe zmogljivosti, kar inovativni strojni opremi in fizičnemu svetu omogoča doseganje globoke integracije brez primere.

2. Velikost trga prilagodljivih baterij

Fleksibilna elektronska industrija velja za naslednji večji razvojni trend elektronske industrije. Gonilna dejavnika za njegov hiter razvoj so veliko povpraševanje na trgu in odločne nacionalne politike. Številne tuje države so že oblikovale raziskovalne načrte za fleksibilno elektroniko. Kot so ameriški načrt FDCASU, projekt Evropske unije Horizon, južnokorejska "Korea Green IT National Strategy" in tako naprej, Kitajska naravoslovna fundacija 12. in 13. petletnega načrta Kitajske vključuje tudi fleksibilno elektroniko kot pomembno raziskovalno področje mikro-nano proizvodnja.

Poleg integracije elektronskih vezij, funkcionalnih materialov, proizvodnje mikro-nano in drugih tehnoloških področij fleksibilna elektronska tehnologija zajema tudi polprevodnike, embalažo, testiranje, tekstil, kemikalije, tiskana vezja, zaslonske plošče in druge industrije. Poganjala bo trilijon dolarjev vreden trg in pomagala tradicionalnim sektorjem pri povečevanju dodane vrednosti industrij in prinesel revolucionarne spremembe v industrijsko strukturo in človeško življenje. Po napovedih avtoritativnih organizacij bo industrija fleksibilne elektronike leta 46.94 vredna 2018 milijarde ameriških dolarjev, leta 301 pa 2028 milijard dolarjev, s skupno letno stopnjo rasti skoraj 30 % od leta 2011 do 2028 in je v dolgoročnem trendu. hitra rast.

Prilagodljiva baterija - arterija zabavne elektronike v prihodnosti 〡 Original Mizuki Capital
Slika 1: Prilagodljiva veriga industrije baterij

Prilagodljive baterije so pomemben del področja fleksibilne elektronike. Uporabljajo se lahko v zložljivih mobilnih telefonih, nosljivih napravah, svetlih oblačilih in drugih področjih ter imajo široko povpraševanje na trgu. Glede na raziskovalno poročilo o napovedi svetovnega trga fleksibilnih baterij za leto 2020, ki ga je izdal Markets and Markets, naj bi do leta 2020 svetovni trg prilagodljivih baterij dosegel 617 milijonov ameriških dolarjev. Od leta 2015 do 2020 bo fleksibilna baterija rasla s skupno letno stopnjo rasti 53.68%. Porast. Kot tipična nadaljnja industrija fleksibilnih baterij se pričakuje, da bo industrija nosljivih naprav leta 280 poslala 2021 milijonov enot. Ker tradicionalna strojna oprema vstopa v obdobje ozkih grl in inovativne aplikacije novih tehnologij, nosljive naprave uvajajo novo obdobje hitrega razvoja. Povpraševanje po fleksibilnih baterijah bo veliko.

Vendar pa se industrija fleksibilnih baterij še vedno sooča s številnimi izzivi, največji problem pa so tehnične težave. Industrija fleksibilnih baterij ima velike ovire za vstop in rešiti je treba številna vprašanja, kot so materiali, strukture in proizvodni procesi. Trenutno je veliko raziskovalnega dela še v laboratorijski fazi in zelo malo je podjetij, ki lahko izvajajo množično proizvodnjo.

3.Tehnična smer fleksibilnih baterij

Tehnična usmeritev za realizacijo fleksibilnih ali raztegljivih baterij je predvsem oblikovanje novih struktur in fleksibilnih materialov. Natančneje, obstajajo predvsem naslednje tri kategorije:

3.1 Tankoplastna baterija

Osnovno načelo tankoplastnih baterij je uporaba ultra tanke obdelave materialov v vsaki plasti baterij, da se olajša upogibanje in, drugič, izboljša učinkovitost cikla s spreminjanjem materiala ali elektrolita. Tankoplastne baterije večinoma predstavljajo litijeve keramične baterije iz Tajvana Huineng in cinkove polimerne baterije iz Imprint Energy v Združenih državah. Prednost te vrste baterije je, da lahko doseže določeno stopnjo upogibanja in je ultra tanka (<1 mm); pomanjkljivost je, da ga IT ne more raztegniti, življenjska doba po obračanju hitro propade, zmogljivost je majhna (raven miliamper ure) in stroški so visoki.

3.2. Natisnjena baterija (papirna baterija)

Tako kot tankoplastne baterije so tudi papirnate baterije baterije, ki uporabljajo tanko plast kot nosilec. Razlika je v tem, da je med postopkom priprave na film prevlečeno posebno črnilo iz prevodnih materialov in ogljikovih nanomaterialov. Značilnosti tankoplastno tiskanih papirnih baterij so mehke, lahke in tanke. Čeprav imajo manjšo moč kot tankoplastne baterije, so okolju prijaznejše – običajno so baterije za enkratno uporabo.

Papirnate baterije spadajo med tiskano elektroniko, vse njihove komponente ali deli pa so izdelani s tiskarskimi proizvodnimi metodami. Hkrati so tiskani elektronski izdelki dvodimenzionalni in imajo prilagodljive lastnosti.

3.3. Nova konstrukcijska baterija (fleksibilna baterija velike zmogljivosti)

Tankoplastne baterije in tiskane baterije so omejene s prostornino in lahko dosežejo le izdelke z nizko porabo energije. In več aplikacijskih scenarijev ima več povpraševanja po ogromni moči. Zaradi tega so fleksibilne 3D baterije brez tankega filma vroč trg. Na primer, trenutno priljubljena fleksibilna, raztegljiva baterija velike zmogljivosti, ki jo uresničuje struktura otoškega mostu. Načelo te baterije je serijsko vzporedna struktura baterijskega paketa. Težava je v visoki prevodnosti in zanesljivi povezavi med baterijami, ki se lahko raztegnejo in upognejo, ter zunanjo zasnovo Protect paketa. Prednost te vrste baterije je, da se lahko raztegne, upogiba in zvija. Pri obračanju samo upogibanje konektorja ne vpliva na življenjsko dobo same baterije. Ima veliko zmogljivost (raven amper-ur) in nizke stroške; pomanjkljivost je, da lokalna mehkoba ni tako dobra kot ultra tanka baterija. Bodi majhen. Obstaja tudi origami struktura, ki z zlaganjem in upogibanjem 2D-dimenzionalni papir zloži v različne oblike v 3D prostoru. Ta tehnologija origami se uporablja za litij-ionske baterije, tokovni zbiralnik, pozitivna elektroda, negativna elektroda itd. pa se zložijo glede na različne kote zlaganja. Ko je raztegnjena in upognjena, lahko baterija zdrži velik pritisk zaradi učinka zlaganja in ima dobro elastičnost. Ne bo vplivalo na zmogljivost. Poleg tega pogosto sprejmejo valovno strukturo, to je raztegljivo strukturo v obliki valov. Aktivni material se nanese na valovit kovinski drog za izdelavo raztegljive elektrode. Litijeva baterija, ki temelji na tej strukturi, je bila večkrat raztegnjena in upognjena. Še vedno lahko ohranja dobro zmogljivost cikla.

Ultra tanke baterije se običajno uporabljajo v tankih elektronskih izdelkih, kot so elektronske kartice, tiskane baterije se običajno uporabljajo v scenarijih za enkratno uporabo, kot so oznake RFID, in prilagodljive baterije velike zmogljivosti se večinoma uporabljajo v inteligentnih elektronskih izdelkih, kot so ure in mobilni telefoni. ki zahtevajo veliko zmogljivost. Superior.

4. Konkurenčna pokrajina fleksibilnih baterij

Trg prilagodljivih baterij se še vedno razvija, sodelujoči akterji pa so predvsem tradicionalni proizvajalci baterij, tehnološki velikani in start-up podjetja. Vendar trenutno v svetu ni prevladujočega proizvajalca, razlika med podjetji pa ni velika in so v bistvu v fazi raziskav in razvoja.

Z regionalnega vidika so sedanje raziskave in razvoj prilagodljivih baterij večinoma koncentrirani v ZDA, Južni Koreji in Tajvanu, kot so Imprint Energy v Združenih državah, Hui Neng Tajvan, LG Chem v Južni Koreji itd. Tehnološki velikani kot so Apple, Samsung in Panasonic, prav tako aktivno uporabljajo prilagodljive baterije. Celinska Kitajska je naredila določen napredek na področju papirnatih baterij. Podjetjem, ki kotirajo na borzi, kot sta Evergreen in Jiulong Industrial, je uspelo doseči množično proizvodnjo. Več start-upov se je pojavilo tudi v drugih tehničnih smereh, kot so Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology in Jizhan Technology. Hkrati pomembne znanstvenoraziskovalne ustanove razvijajo tudi nove tehnološke smeri.

V nadaljevanju bomo na kratko analizirali in primerjali izdelke in dinamiko podjetja več velikih razvijalcev na področju fleksibilnih baterij:

Tajvan Huineng

FLCB mehka plošča litij-keramična baterija

1. Polprevodniška litijeva keramična baterija se razlikuje od tekočega elektrolita, ki se uporablja v razpoložljivi litijevi bateriji. Ne bo puščal, tudi če je polomljen, udarjen, preluknjan ali zažgan in se ne bo vnel, zažgal ali eksplodiral. Dobra varnostna zmogljivost
2. Ultra tanek, najtanjši lahko doseže 0.38 mm
3. Gostota baterije ni tako visoka kot pri litijevih baterijah. 33 mm34mm0.38 mm litij-keramična baterija ima kapaciteto 10.5 mAh in energijsko gostoto 91 Wh/L.
4. Ni prilagodljiv; lahko se le upogne in ga ni mogoče raztegniti, stisniti ali zviti.

V drugi polovici leta 2018 zgradite prvo super tovarno polprevodniških litij-keramičnih baterij na svetu.

Južna Koreja LG Chem

Kabelska baterija

1. Ima odlično prožnost in lahko prenese določeno stopnjo raztezanja
2. Je bolj prilagodljiv in ga ni treba namestiti v elektronsko opremo, kot so tradicionalne litij-ionske baterije. Postavi se lahko kamor koli in se lahko dobro vključi v zasnovo izdelka.
3. Kabelska baterija ima majhno kapaciteto in visoke proizvodne stroške
4. Proizvodnja energije še ni

Impresum Energy, ZDA

Cinkova polimerna baterija

1. Ultra tanek, dober dinamični varnostni učinek pri upogibanju
2. Cink je manj strupen kot litijeve baterije in je varnejša izbira za opremo, ki jo nosijo ljudje

Ultra tanke lastnosti omejujejo kapaciteto baterije, varnost cinkove baterije pa še vedno zahteva dolgotrajen tržni pregled. Dolg čas pretvorbe izdelka

Združite se s Semtechom in vstopite na področje interneta stvari

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papirna baterija

1. Je bil množično proizveden in je bil uporabljen v oznakah RFID, medicinskih in drugih področjih

Lahko prilagodi 2. Velikost, debelina in oblika so glede na potrebe uporabnikov in lahko prilagodi položaj pozitivne in negativne elektrode baterije.

1. Papirnata baterija je za enkratno uporabo in je ni mogoče polniti
2. Moč je majhna, scenariji uporabe pa omejeni. Uporablja se lahko samo za elektronske oznake RFID, senzorje, pametne kartice, inovativno embalažo itd.
3. Dokončajte prevzem Enfucella v 2018-odstotni lasti na Finskem leta XNUMX
4. Leta 70 je prejel 2018 milijonov RMB financiranja

HOPPT BATTERY

Baterija za 3D tiskanje

1. Podoben postopek 3D tiskanja in tehnologija ojačitve z nanovlakni
2. Fleksibilna litijeva baterija ima lastnosti lahke, tanke in prožne

5. Prihodnji razvoj fleksibilnih baterij

Trenutno imajo fleksibilne baterije še dolgo pot pri kazalnikih elektrokemijske učinkovitosti, kot so zmogljivost baterije, gostota energije in življenjska doba. Baterije, razvite v obstoječih laboratorijih, imajo praviloma visoke procesne zahteve, nizko proizvodno učinkovitost in visoke stroške, ki niso primerne za obsežno industrijsko proizvodnjo. V prihodnosti je iskanje fleksibilnih elektrodnih materialov in trdnih elektrolitov z odlično celovito zmogljivostjo, inovativno zasnovo strukture baterije in razvoj novih procesov priprave polprevodniških baterij prebojni smeri.

Poleg tega je najpomembnejša boleča točka trenutne industrije baterij življenjska doba baterije. V prihodnosti morajo proizvajalci baterij, ki lahko dosežejo ugoden položaj, hkrati rešiti problem življenjske dobe baterij in fleksibilne proizvodnje. Pričakuje se, da bo uporaba novih virov energije (kot sta sončna energija in bioenergija) ali novih materialov (kot je grafen) rešila ta dva problema hkrati.

Fleksibilne baterije v prihodnosti postajajo aorta zabavne elektronike. Tehnološki preboji na celotnem področju fleksibilne elektronike, ki jih predstavljajo fleksibilne baterije, bodo v doglednem času neizogibno prinesli ogromne spremembe v upstream in downstream industriji.