Fleksibilna baterija - arterija potrošačke elektronike u budućnosti

S poboljšanjem životnog standarda i razvojem tehnologije, fleksibilna elektronika dobiva sve više pažnje. Napredak fleksibilne elektroničke tehnologije može duboko promijeniti oblik proizvoda u zdravstvu, nosivim uređajima, Internetu svega, pa čak i robotici, te ima golem tržišni potencijal.

S poboljšanjem životnog standarda i razvojem tehnologije, fleksibilna elektronika dobiva sve više pažnje. Napredak fleksibilne elektroničke tehnologije može duboko promijeniti oblik proizvoda u zdravstvu, nosivim uređajima, Internetu svega, pa čak i robotici, te ima golem tržišni potencijal.

Mnoge su tvrtke uložile mnogo istraživanja i razvoja, jedno za drugim u ranu primjenu tehnologije sljedeće generacije i razvoj novih proizvoda. Nedavno su sklopivi mobiteli postali omiljeni smjer. Preklapanje je prvi korak za prelazak elektroničkih proizvoda s tradicionalne krutosti na fleksibilnost.

Samsung Galaxy Fold i Huawei Mate X predstavili su sklopive telefone javnosti i doista su komercijalni, ali sva su njihova rješenja prepolovljena. Iako se koristi cijeli komad fleksibilnog OLED zaslona, ​​ostalo je Uređaj se ne može sklopiti ili saviti. Trenutno pravi ograničavajući čimbenik za fleksibilne uređaje kao što su fleksibilni mobilni telefoni više nije sam zaslon, već inovacija fleksibilne elektronike, posebno fleksibilnih baterija. Baterija za opskrbu energijom često zauzima većinu volumena uređaja, pa je također najvjerojatnije bitan dio u postizanju istinske fleksibilnosti i savitljivosti. Osim toga, nosivi uređaji kao što su pametni satovi i pametne narukvice još uvijek koriste tradicionalne krute baterije, koje su ograničene veličine, zbog čega se život baterije često žrtvuje. Stoga su fleksibilne baterije velikog kapaciteta i velike fleksibilnosti revolucionarni čimbenik u sklopivim mobilnim telefonima i nosivim uređajima.

1.Definicija i prednosti fleksibilnih baterija

Fleksibilna baterija općenito se odnose na baterije koje se mogu savijati i koristiti više puta. Njihova svojstva uključuju savitljivost, rastezljivost, sklopivost i uvijanje; to mogu biti litij-ionske baterije, cink-manganske baterije ili srebrno-cink baterije, pa čak i superkondenzator. Budući da svaki dio fleksibilne baterije prolazi kroz određene deformacije tijekom procesa savijanja i rastezanja, materijali i struktura svakog dijela fleksibilne baterije moraju održati performanse nakon nekoliko puta savijanja i rastezanja. Naravno, tehnički zahtjevi u ovom području su vrlo visoki. Visoko. Nakon što se trenutna kruta litijska baterija deformira, njezina će izvedba biti ozbiljno oštećena, a može čak postojati i sigurnosni rizik. Stoga, fleksibilne baterije zahtijevaju potpuno nove materijale i strukturne dizajne.

U usporedbi s tradicionalnim krutim baterijama, fleksibilne baterije imaju veću prilagodljivost okolišu, performanse protiv sudara i bolju sigurnost. Štoviše, fleksibilne baterije mogu učiniti da se elektronički proizvodi razvijaju u ergonomskijem smjeru. Fleksibilne baterije mogu značajno smanjiti cijenu i volumen inteligentnog hardvera, dodati nove mogućnosti i poboljšati postojeće mogućnosti, omogućujući inovativnom hardveru i fizičkom svijetu da postignu duboku integraciju bez presedana.

2. Tržišna veličina fleksibilnih baterija

Fleksibilna elektronička industrija smatra se sljedećim velikim trendom razvoja elektroničke industrije. Pokretački čimbenici njegovog brzog razvoja su ogromna potražnja na tržištu i snažne nacionalne politike. Mnoge strane zemlje već su formulirale istraživačke planove za fleksibilnu elektroniku. Kao što su američki FDCASU plan, projekt Europske unije Horizon, Južna Koreja "Nacionalna strategija zelenih IT-a u Koreji" i tako dalje, Kineska zaklada za prirodne znanosti u kineskom 12. i 13. petogodišnjem planu također uključuje fleksibilnu elektroniku kao važno područje istraživanja mikro-nano proizvodnja.

Uz integraciju elektroničkih sklopova, funkcionalnih materijala, mikro-nano proizvodnje i drugih tehnoloških područja, fleksibilna elektronička tehnologija također obuhvaća poluvodiče, ambalažu, testiranje, tekstil, kemikalije, tiskane krugove, zaslonske ploče i druge industrije. Pokretat će tržište vrijedno trilijun dolara i pomoći tradicionalnim sektorima u povećanju dodane vrijednosti industrija i uvođenju revolucionarnih promjena u industrijsku strukturu i ljudski život. Prema predviđanjima autoritativnih organizacija, industrija fleksibilne elektronike vrijedit će 46.94 milijarde USD u 2018. i 301 milijardu USD u 2028., uz ukupnu godišnju stopu rasta od gotovo 30% od 2011. do 2028., te je u dugoročnom trendu brzi rast.

Fleksibilna baterija - arterija potrošačke elektronike u budućnosti 〡 Mizuki Capital original
Slika 1: Fleksibilni lanac industrije baterija

Fleksibilne baterije su vitalni dio polja fleksibilne elektronike. Mogu se koristiti u sklopivim mobilnim telefonima, nosivim uređajima, svijetloj odjeći i drugim područjima i imaju široku potražnju na tržištu. Prema istraživačkom izvješću o prognozi globalnog tržišta fleksibilnih baterija za 2020. koju su objavili Markets and Markets, do 2020. očekuje se da će globalno tržište fleksibilnih baterija dosegnuti 617 milijuna američkih dolara. Od 2015. do 2020. fleksibilna baterija će rasti po ukupnoj godišnjoj stopi rasta od 53.68%. Povećati. Kao tipična daljnja industrija fleksibilnih baterija, očekuje se da će industrija nosivih uređaja isporučiti 280 milijuna jedinica 2021. Kako tradicionalni hardver ulazi u razdoblje uskih grla i inovativne primjene novih tehnologija, nosivi uređaji uvode novo razdoblje brzog razvoja. Postat će velika potražnja za fleksibilnim baterijama.

Međutim, industrija fleksibilnih baterija i dalje se suočava s brojnim izazovima, a najveći problem su tehnički problemi. Industrija fleksibilnih baterija ima visoke barijere za ulazak i potrebno je riješiti mnoga pitanja kao što su materijali, strukture i proizvodni procesi. Trenutno je mnogo istraživačkog rada još uvijek u laboratorijskoj fazi, a vrlo je malo tvrtki koje mogu provoditi masovnu proizvodnju.

3.Tehnički smjer fleksibilnih baterija

Tehnički smjer za realizaciju fleksibilnih ili rastezljivih baterija je uglavnom dizajn novih struktura i fleksibilnih materijala. Točnije, prvenstveno postoje sljedeće tri kategorije:

3.1. Tankofilna baterija

Osnovno načelo tankoslojnih baterija je korištenje ultra-tanke obrade materijala u svakom sloju baterije kako bi se olakšalo savijanje i, kao drugo, poboljšala učinkovitost ciklusa modificiranjem materijala ili elektrolita. Tankofilne baterije uglavnom predstavljaju litij-keramičke baterije iz Tajvana Huineng i cink-polimer baterije iz Imprint Energy-a u Sjedinjenim Državama. Prednost ove vrste baterije je što može postići određeni stupanj savijanja i što je ultra tanka (<1mm); nedostatak je što ga IT ne može rastegnuti, život brzo propada nakon okretanja, kapacitet je mali (razina miliamper sata), a cijena je visoka.

3.2. Ispisana baterija (papirna baterija)

Poput tankoslojnih baterija, papirnate baterije su baterije koje koriste tanki film kao nosač. Razlika je u tome što se posebna tinta izrađena od vodljivih materijala i ugljikovih nanomaterijala premazuje na film tijekom procesa pripreme. Karakteristike baterija s tiskanim papirom na tankom filmu su meke, lagane i tanke. Iako imaju manju snagu od tankoslojnih baterija, one su ekološki prihvatljivije - općenito su baterije za jednokratnu upotrebu.

Papirnate baterije spadaju u tiskanu elektroniku, a sve njihove komponente ili dijelovi dovršeni su metodama tiskarske proizvodnje. U isto vrijeme, tiskani elektronički proizvodi su dvodimenzionalni i fleksibilnih karakteristika.

3.3. Baterija novog dizajna strukture (fleksibilna baterija velikog kapaciteta)

Tankoslojne baterije i ispisane baterije ograničene su volumenom i mogu postići samo proizvode male snage. I više scenarija primjene ima veću potražnju za golemom snagom. To čini 3D fleksibilne baterije koje nisu tanke filmove vrućim tržištem. Na primjer, sadašnja popularna fleksibilna, rastezljiva baterija velikog kapaciteta ostvarena konstrukcijom otočnog mosta. Princip ove baterije je serijski paralelna struktura baterije. Poteškoća leži u visokoj vodljivosti i pouzdanoj vezi između baterija, koje se mogu rastezati i savijati, i vanjskog Protect dizajna pakiranja. Prednost ove vrste baterija je što se može rastezati, savijati i uvijati. Prilikom okretanja, samo savijanje konektora ne utječe na vijek trajanja same baterije. Ima veliki kapacitet (razina amper-sata) i nisku cijenu; nedostatak je što lokalna mekoća nije tako dobra kao ultra tanka baterija. Budite maleni. Tu je i origami struktura, koja presavija 2D-dimenzionalni papir u različite oblike u 3D prostoru preklapanjem i savijanjem. Ova origami tehnologija primjenjuje se na litij-ionske baterije, a strujni kolektor, pozitivna elektroda, negativna elektroda itd. presavijaju se prema različitim kutovima savijanja. Kada je rastegnut i savijen, baterija može izdržati veliki pritisak zbog efekta preklapanja i ima dobru elastičnost. Neće utjecati na performanse. Osim toga, često usvajaju strukturu u obliku vala, odnosno rastezljivu strukturu u obliku vala. Aktivni materijal se nanosi na metalni stup u obliku vala kako bi se napravila rastezljiva elektroda. Litijeva baterija koja se temelji na ovoj strukturi bila je rastegnuta i savijena mnogo puta. Još uvijek može održavati dobar ciklus ciklusa.

Ultra tanke baterije općenito se koriste u tankim elektroničkim proizvodima kao što su elektroničke kartice, tiskane baterije se obično koriste u scenarijima za jednokratnu upotrebu kao što su RFID oznake, a fleksibilne baterije velikog kapaciteta uglavnom se koriste u inteligentnim elektroničkim proizvodima kao što su satovi i mobilni telefoni. koji zahtijevaju veliki kapacitet. Vrhunski.

4. Konkurentski krajolik fleksibilnih baterija

Fleksibilno tržište baterija se još uvijek pojavljuje, a sudionici su uglavnom tradicionalni proizvođači baterija, tehnološki divovi i start-up tvrtke. Međutim, trenutno nema dominantnog proizvođača na globalnoj razini, a jaz između tvrtki nije velik, a u osnovi su u fazi istraživanja i razvoja.

Iz regionalne perspektive, trenutno istraživanje i razvoj fleksibilnih baterija uglavnom su koncentrirani u Sjedinjenim Državama, Južnoj Koreji i Tajvanu, kao što su Imprint Energy u Sjedinjenim Državama, Hui Neng Taiwan, LG Chem u Južnoj Koreji, itd. Tehnološki divovi kao što su Apple, Samsung i Panasonic također aktivno koriste fleksibilne baterije. Kontinentalna Kina napravila je određeni napredak u području papirnatih baterija. Uvrštene tvrtke kao što su Evergreen i Jiulong Industrial uspjele su postići masovnu proizvodnju. Pojavilo se i nekoliko start-upa u drugim tehničkim smjerovima, kao što su Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology i Jizhan Technology. Istodobno, značajne znanstveno-istraživačke institucije razvijaju i nove tehnološke smjerove.

Sljedeće će ukratko analizirati i usporediti proizvode i dinamiku tvrtke nekoliko velikih developera u području fleksibilnih baterija:

Tajvan Huineng

FLCB mekana ploča litij keramička baterija

1. Litij-keramička baterija u čvrstom stanju razlikuje se od tekućeg elektrolita koji se koristi u dostupnoj litij bateriji. Neće curiti čak ni ako je slomljena, udarena, probušena ili spaljena i neće se zapaliti, izgorjeti ili eksplodirati. Dobar sigurnosni učinak
2. Ultra tanak, najtanji može doseći 0.38 mm
3. Gustoća baterija nije tako visoka kao kod litij baterija. 33 mm34mmLitij keramička baterija od 0.38 mm ima kapacitet od 10.5 mAh i gustoću energije od 91 Wh/L.
4. Nije fleksibilan; može se samo savijati, a ne može se rastezati, sabijati ili uvijati.

U drugoj polovici 2018. izgraditi prvu svjetsku super tvornicu čvrstih litij-keramičkih baterija.

Južna Koreja LG Chem

Kabelska baterija

1. Ima izvrsnu fleksibilnost i može izdržati određeni stupanj istezanja
2. Fleksibilniji je i ne treba ga stavljati unutar elektroničke opreme poput tradicionalnih litij-ionskih baterija. Može se postaviti bilo gdje i dobro se integrirati u dizajn proizvoda.
3. Kabelska baterija ima mali kapacitet i visoku cijenu proizvodnje
4. Još nema proizvodnje energije

Impresum Energy, SAD

Cink polimer baterija

1. Ultra tanak, dobar dinamički sigurnosni učinak na savijanje
2. Cink je manje toksičan od litijevih baterija i sigurniji je izbor za opremu koja se nosi na ljudima

Ultra tanke karakteristike ograničavaju kapacitet baterije, a sigurnosne performanse cink baterije još uvijek zahtijevaju dugoročnu provjeru tržišta. Dugo vrijeme konverzije proizvoda

Udružite se sa Semtechom kako biste ušli u područje Interneta stvari

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papirna baterija

1. Masovno se proizvodi i koristi se u RFID oznakama, medicinskim i drugim poljima

Može prilagoditi 2. Veličina, debljina i oblik su prema potrebama korisnika, a može podesiti položaj pozitivne i negativne elektrode baterije.

1. Papirna baterija je za jednokratnu upotrebu i ne može se puniti
2. Snaga je mala, a scenariji korištenja ograničeni. Može se primijeniti samo na RFID elektroničke oznake, senzore, pametne kartice, inovativna pakiranja itd.
3. Dovršite akviziciju Enfucella u Finskoj u stopostotnom vlasništvu 2018
4. Primio je 70 milijuna RMB financiranja u 2018

HOPPT BATTERY

Baterija za 3D ispis

1. Sličan proces 3D ispisa i tehnologija ojačanja nanovlaknima
2. Fleksibilna litijska baterija ima karakteristike lagane, tanke i fleksibilne

5.Budući razvoj fleksibilnih baterija

Trenutačno, fleksibilne baterije još uvijek imaju dug put u pokazateljima elektrokemijskih performansi kao što su kapacitet baterije, gustoća energije i životni vijek. Baterije razvijene u postojećim laboratorijima općenito imaju visoke zahtjeve procesa, nisku učinkovitost proizvodnje i visoku cijenu, što nije prikladno za veliku industrijsku proizvodnju. U budućnosti, potraga za fleksibilnim materijalima za elektrode i čvrstim elektrolitima s izvrsnim sveobuhvatnim performansama, inovativnim dizajnom strukture baterije i razvojem novih procesa pripreme čvrstih baterija predstavljaju proboj pravac.

Osim toga, najznačajnija bolna točka trenutne industrije baterija je vijek trajanja baterije. U budućnosti, proizvođači baterija koji mogu ostvariti povoljan položaj moraju istovremeno riješiti problem vijeka trajanja baterija i fleksibilne proizvodnje. Očekuje se da će primjena novih izvora energije (kao što su sunčeva energija i bioenergija) ili novih materijala (kao što je grafen) riješiti ova dva problema istovremeno.

Fleksibilne baterije postaju aorta potrošačke elektronike u budućnosti. U doglednoj budućnosti, tehnološki iskoraci u cijelom području fleksibilne elektronike koju predstavljaju fleksibilne baterije neminovno će donijeti goleme promjene u upstream i downstream industriji.