Flexibilní baterie – tepna spotřební elektroniky budoucnosti

Se zlepšováním životní úrovně a rozvojem technologií se flexibilní elektronice dostává stále více pozornosti. Pokrok flexibilní elektronické technologie může hluboce změnit formu produktu v oblasti zdraví, nositelnosti, internetu všeho a dokonce i robotiky a má obrovský tržní potenciál.

Se zlepšováním životní úrovně a rozvojem technologií se flexibilní elektronice dostává stále více pozornosti. Pokrok flexibilní elektronické technologie může hluboce změnit formu produktu v oblasti zdraví, nositelnosti, internetu všeho a dokonce i robotiky a má obrovský tržní potenciál.

Mnoho společností investovalo hodně do výzkumu a vývoje, jedna po druhé do brzkého nasazení technologie nové generace a vývoje nových produktů. V poslední době se skládací mobilní telefony staly oblíbeným směrem. Skládání je prvním krokem u elektronických produktů k přechodu od tradiční tuhosti k flexibilitě.

Samsung Galaxy Fold a Huawei Mate X přinesly skládací telefony veřejnosti a jsou skutečně komerční, ale jejich řešení jsou všechna na pantu. Přestože je použit celý kus ohebného OLED displeje, zbytek je Zařízení nelze složit ani ohnout. V současnosti již není skutečným limitujícím faktorem pro flexibilní zařízení, jako jsou ohebné mobilní telefony, samotná obrazovka, ale inovace flexibilní elektroniky, zejména flexibilních baterií. Napájecí baterie často zabírá většinu objemu zařízení, takže je také nejpravděpodobnější nezbytnou součástí pro dosažení skutečné flexibility a ohybatelnosti. Kromě toho nositelná zařízení, jako jsou chytré hodinky a chytré náramky, stále používají tradiční pevné baterie, jejichž velikost je omezená, v důsledku čehož je často obětována životnost baterie. Velkokapacitní a flexibilní flexibilní baterie jsou proto revolučním faktorem ve skládacích mobilních telefonech a nositelných zařízeních.

1.Definice a výhody flexibilních baterií

Flexibilní baterie obecně označují baterie, které lze ohýbat a používat opakovaně. Mezi jejich vlastnosti patří ohybatelnost, roztažitelnost, skládání a kroucení; mohou to být lithium-iontové baterie, zinko-manganové baterie nebo stříbrno-zinkové baterie nebo dokonce superkondenzátory. Vzhledem k tomu, že každá část flexibilní baterie podléhá určité deformaci během procesu skládání a roztahování, materiály a struktura každé části flexibilní baterie si musí zachovat výkon po několikanásobném složení a roztažení. Technické požadavky v této oblasti jsou přirozeně velmi vysoké. Vysoký. Poté, co současná pevná lithiová baterie projde deformací, její výkon bude vážně poškozen a může dokonce dojít k ohrožení bezpečnosti. Flexibilní baterie proto vyžadují zcela nové materiály a konstrukční provedení.

Ve srovnání s tradičními pevnými bateriemi mají flexibilní baterie vyšší adaptabilitu na životní prostředí, odolnost proti kolizi a lepší bezpečnost. Kromě toho mohou flexibilní baterie zajistit, aby se elektronické výrobky vyvíjely ergonomičtějším směrem. Flexibilní baterie mohou výrazně snížit náklady a objem inteligentního hardwaru, přidat nové schopnosti a zlepšit stávající schopnosti, což umožní inovativnímu hardwaru a fyzickému světu dosáhnout bezprecedentní hluboké integrace.

2. Velikost trhu flexibilních baterií

Flexibilní elektronický průmysl je považován za další hlavní vývojový trend elektronického průmyslu. Hnacími faktory jeho rychlého rozvoje jsou obrovská tržní poptávka a rázné národní politiky. Mnoho zahraničních zemí již formulovalo výzkumné plány pro flexibilní elektroniku. Jako je americký plán FDCASU, projekt Horizont Evropské unie, jihokorejská „Korea Green IT National Strategy“ a tak dále, Čínská nadace pro přírodní vědy 12. a 13. pětiletého plánu Číny rovněž zahrnuje flexibilní elektroniku jako důležitou oblast výzkumu. mikro-nano výroba.

Kromě integrace elektronických obvodů, funkčních materiálů, mikro-nano výroby a dalších technologických oblastí zahrnuje flexibilní elektronická technologie také polovodiče, obaly, testování, textil, chemikálie, tištěné obvody, zobrazovací panely a další průmyslová odvětví. Bude řídit bilionový trh a pomůže tradičním sektorům při zvyšování přidané hodnoty průmyslových odvětví a přináší revoluční změny do průmyslové struktury a lidského života. Podle předpovědí autoritativních organizací bude mít odvětví flexibilní elektroniky v roce 46.94 hodnotu 2018 miliard USD a 301 miliard USD v roce 2028 se složenou roční mírou růstu téměř 30 % od roku 2011 do roku 2028 a má dlouhodobý trend. rychlý růst.

Flexibilní baterie – tepna spotřební elektroniky budoucnosti 〡 Originál Mizuki Capital
Obrázek 1: Průmyslový řetězec flexibilních baterií

Flexibilní baterie jsou důležitou součástí oblasti flexibilní elektroniky. Mohou být použity ve skládacích mobilních telefonech, nositelných zařízeních, světlém oblečení a dalších oblastech a mají širokou poptávku na trhu. Podle výzkumné zprávy o globální prognóze trhu s flexibilními bateriemi do roku 2020 vydané společností Markets and Markets se očekává, že do roku 2020 globální trh s flexibilními bateriemi dosáhne 617 milionů amerických dolarů. Od roku 2015 do roku 2020 poroste flexibilní baterie složeným ročním tempem růstu 53.68 %. Zvýšit. Jako typický navazující průmysl flexibilních baterií se očekává, že odvětví nositelných zařízení dodá v roce 280 2021 milionů kusů. Jak tradiční hardware vstupuje do období úzkých hrdel a inovativní aplikace nových technologií, nositelná zařízení ohlašují nové období rychlého vývoje. Po flexibilních bateriích bude velká poptávka.

Odvětví flexibilních baterií však stále čelí mnoha výzvám a největším problémem jsou technické problémy. Průmysl flexibilních baterií má vysoké překážky vstupu a je třeba vyřešit mnoho problémů, jako jsou materiály, konstrukce a výrobní procesy. V současné době je mnoho výzkumných prací stále v laboratorní fázi a existuje jen velmi málo společností, které mohou provádět hromadnou výrobu.

3.Technické směřování ohebných baterií

Technickým směrem k realizaci flexibilních nebo roztažitelných baterií je především návrh nových konstrukcí a flexibilních materiálů. Konkrétně se jedná především o následující tři kategorie:

3.1. Tenkovrstvá baterie

Základním principem tenkovrstvých baterií je použití ultratenké úpravy materiálů v každé vrstvě baterie pro usnadnění ohýbání a za druhé zlepšení výkonu cyklu úpravou materiálu nebo elektrolytu. Tenkovrstvé baterie představují především lithiové keramické baterie z Taiwanu Huineng a zinkové polymerové baterie od společnosti Imprint Energy ve Spojených státech. Výhodou tohoto typu baterie je, že může dosáhnout určitého stupně ohybu a je ultratenká (<1 mm); nevýhodou je, že to IT neumí natáhnout, životnost se po otočení rychle kazí, kapacita je malá (úroveň miliampérhodin) a cena je vysoká.

3.2. Potištěná baterie (papírová baterie)

Stejně jako tenkovrstvé baterie jsou papírové baterie baterie, které využívají jako nosič tenkou vrstvu. Rozdíl je v tom, že během procesu přípravy se na film nanese speciální inkoust vyrobený z vodivých materiálů a uhlíkových nanomateriálů. Vlastnosti tenkovrstvých papírových baterií jsou měkké, lehké a tenké. Přestože mají nižší výkon než tenkovrstvé baterie, jsou šetrnější k životnímu prostředí – obecně jde o jednorázové baterie.

Papírové baterie patří k tištěné elektronice a všechny jejich součásti či části jsou dotvářeny metodami tiskařské výroby. Tištěné elektronické produkty jsou zároveň dvourozměrné a mají flexibilní vlastnosti.

3.3. Nová konstrukce baterie (velkokapacitní flexibilní baterie)

Tenkovrstvé baterie a tištěné baterie jsou omezeny objemem a lze z nich získat pouze produkty s nízkou spotřebou. A více aplikačních scénářů vyžaduje větší výkon. To dělá z netenkých 3D flexibilních baterií horký trh. Například současná oblíbená velkokapacitní flexibilní, roztažitelná baterie realizovaná ostrovní mostní konstrukcí. Principem této baterie je sériově paralelní struktura baterie. Potíž spočívá ve vysoké vodivosti a spolehlivém spojení mezi bateriemi, které se mohou natahovat a ohýbat, a vnější konstrukcí Protect pack. Výhodou tohoto typu baterie je, že se může roztahovat, ohýbat a kroutit. Při otáčení pouze ohnutí konektoru nemá vliv na životnost samotné baterie. Má velkou kapacitu (úroveň ampérhodin) a nízkou cenu; nevýhodou je, že místní měkkost není tak dobrá jako u ultratenké baterie. Buď malý. Nechybí ani origami struktura, která skládá 2D-rozměrný papír do různých tvarů ve 3D prostoru skládáním a ohýbáním. Tato technologie origami se aplikuje na lithium-iontové baterie a sběrač proudu, kladná elektroda, záporná elektroda atd. jsou složeny podle různých úhlů skládání. Při natažení a ohnutí vydrží baterie velký tlak díky efektu skládání a má dobrou elasticitu. Neovlivní výkon. Navíc často přijímají vlnovitou strukturu, to znamená vlnovitou roztažnou strukturu. Aktivní materiál je aplikován na vlnitý kovový pólový nástavec, aby se vytvořila roztažitelná elektroda. Lithiová baterie založená na této struktuře byla mnohokrát natažena a ohnuta. Stále může udržovat dobrou kapacitu cyklu.

Ultratenké baterie se obecně používají v tenkých elektronických produktech, jako jsou elektronické karty, tištěné baterie se obvykle používají v scénářích na jedno použití, jako jsou štítky RFID, a velkokapacitní flexibilní baterie se používají hlavně v inteligentních elektronických produktech, jako jsou hodinky a mobilní telefony. které vyžadují velkou kapacitu. Nadřízený.

4. Konkurenční prostředí flexibilních baterií

Trh s flexibilními bateriemi stále vzniká a zúčastněnými hráči jsou především tradiční výrobci baterií, technologickí giganti a začínající společnosti. V současnosti však globálně neexistuje žádný dominantní výrobce a propast mezi společnostmi není velká a jsou v podstatě ve fázi výzkumu a vývoje.

Z regionálního hlediska se současný výzkum a vývoj flexibilních baterií soustřeďuje především ve Spojených státech, Jižní Koreji a na Tchaj-wanu, např. Imprint Energy ve Spojených státech, Hui Neng Taiwan, LG Chem v Jižní Koreji atd. Technologičtí giganti jako Apple, Samsung a Panasonic také aktivně nasazují flexibilní baterie. Pevninská Čína učinila určitý pokrok v oblasti papírových baterií. Kótované společnosti jako Evergreen a Jiulong Industrial byly schopny dosáhnout masové výroby. Několik start-upů se také objevilo v jiných technických směrech, jako je Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology a Jizhan Technology. Významné vědecko-výzkumné instituce zároveň rozvíjejí nové technologické směry.

Následuje stručná analýza a srovnání produktů a firemní dynamiky několika významných vývojářů v oblasti flexibilních baterií:

Tchaj-wan Huineng

FLCB lithiová keramická baterie s měkkými deskami

1. Pevná lithiová keramická baterie se liší od tekutého elektrolytu používaného v dostupné lithiové baterii. Neunikne, i když je rozbitý, zasažený, proražený nebo spálený, a nevzplane, nespálí nebo nevybuchne. Dobrý bezpečnostní výkon
2. Ultratenký, nejtenčí může dosáhnout 0.38 mm
3. Hustota baterie není tak vysoká jako u lithiových baterií. 33 mm34mm0.38mm lithiová keramická baterie má kapacitu 10.5mAh a energetickou hustotu 91Wh/L.
4. Není flexibilní; lze ji pouze ohnout a nelze ji natáhnout, stlačit ani zkroutit.

Ve druhé polovině roku 2018 postavte první super továrnu na světě na výrobu polovodičových lithiových keramických baterií.

Jižní Korea LG Chem

Kabelová baterie

1. Má vynikající pružnost a snese určitou míru natažení
2. Je flexibilnější a nemusí být umístěn v elektronickém zařízení jako tradiční lithium-iontové baterie. Lze jej umístit kamkoli a lze jej dobře integrovat do designu produktu.
3. Kabelová baterie má malou kapacitu a vysoké výrobní náklady
4. Dosud žádná výroba energie

Imprint Energy, USA

Zinková polymerová baterie

1. Ultratenká, dobrá dynamická bezpečnost v ohybu
2. Zinek je méně toxický než lithiové baterie a je bezpečnější volbou pro vybavení nošené na lidech

Ultratenké vlastnosti omezují kapacitu baterie a bezpečnostní výkon zinkové baterie stále vyžaduje dlouhodobou kontrolu trhu. Dlouhá doba konverze produktu

Spojte se se společností Semtech a vstupte na pole internetu věcí

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papírová baterie

1. Byl sériově vyráběn a byl použit v RFID štítcích, medicíně a dalších oblastech

Může přizpůsobit 2. Velikost, tloušťka a tvar jsou podle potřeb uživatelů a mohou upravit polohu kladných a záporných elektrod baterie.

1. Papírová baterie je na jednorázové použití a nelze ji dobíjet
2. Výkon je malý a scénáře použití jsou omezené. Může se vztahovat pouze na elektronické štítky RFID, senzory, čipové karty, inovativní obaly atd.
3. Dokončete v roce 2018 akvizici společnosti Enfucell ve Finsku ve stoprocentním vlastnictví
4. V roce 70 obdržela financování ve výši 2018 milionů RMB

HOPPT BATTERY

Baterie pro 3D tisk

1. Podobný proces 3D tisku a technologie vyztužení nanovláken
2. Flexibilní lithiová baterie má vlastnosti lehké, tenké a flexibilní

5. Budoucí vývoj flexibilních baterií

V současné době mají flexibilní baterie před sebou ještě dlouhou cestu v ukazatelích elektrochemického výkonu, jako je kapacita baterie, hustota energie a životnost. Baterie vyvinuté ve stávajících laboratořích mají obecně vysoké procesní požadavky, nízkou efektivitu výroby a vysoké náklady, které jsou nevhodné pro průmyslovou velkovýrobu. Hledání flexibilních materiálů elektrod a pevných elektrolytů s vynikajícím komplexním výkonem, inovativní konstrukce struktury baterií a vývoj nových procesů přípravy polovodičových baterií jsou v budoucnu průlomovými směry.

Nejvýznamnějším problémem současného průmyslu baterií je navíc životnost baterie. Výrobci baterií, kteří dokážou dosáhnout výhodné pozice, musí do budoucna řešit problém s výdrží baterií a zároveň flexibilní výrobou. Očekává se, že aplikace nových zdrojů energie (jako je solární energie a bioenergie) nebo nových materiálů (jako je grafen) vyřeší tyto dva problémy současně.

Flexibilní baterie se v budoucnu stávají aortou spotřební elektroniky. V dohledné budoucnosti technologické průlomy v celé oblasti flexibilní elektroniky reprezentované flexibilními bateriemi nevyhnutelně přinesou obrovské změny v dodavatelských a navazujících odvětvích.