“續(xù)航長(zhǎng)、適折疊、抗破壞、耐高溫”柔性電池:全柔性智能時(shí)代的黑馬
近日,科技圈一條關(guān)于京東方將量產(chǎn)柔性屏的新聞幾乎霸屏,熱點(diǎn)稱京東方宣布國(guó)內(nèi)第一條柔性O(shè)LED面板生產(chǎn)線將在成都量產(chǎn),且于當(dāng)日向華為、小米、OPPO、vivo、惠普、華碩等十余家客戶交付了AMOLED柔性屏。
最新涌現(xiàn)的壁紙式OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)顯示板,將讓硬邦邦的玻璃屏幕說(shuō)再見,并開啟柔性顯示技術(shù)新時(shí)代。柔性屏的跨越式發(fā)展,技術(shù)的飛速推進(jìn),是否能像用戶所期待的:新一代可折疊柔性智能手機(jī)及智能穿戴產(chǎn)品就已經(jīng)全面來(lái)臨了呢?其實(shí),一項(xiàng)技術(shù)的突破并不能代表整體突破,新產(chǎn)品的上市需經(jīng)歷多方的反復(fù)試驗(yàn),只有各方面技術(shù)性能趨于成熟,才能達(dá)到量產(chǎn)上市。
柔性智能穿戴設(shè)備及柔性智能手機(jī)同屬于電子產(chǎn)品,那么能正常為用戶提供服務(wù)則是最基本的要求。電源作為柔性電子產(chǎn)品的核心部件,電池的選擇直接影響著柔性電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與功能。故而,柔性電池成為了新一代柔性產(chǎn)品最基本也是最核心的需求。
下面,就一起走進(jìn)新一代柔性電源的全新世界。
超薄鋅聚合電池:續(xù)航長(zhǎng)、耐彎曲、可充電
美國(guó)加利福尼亞的一家創(chuàng)業(yè)公司正在開發(fā)一種柔性可充電電池。此款電池可在常用工業(yè)絲網(wǎng)印刷機(jī)上進(jìn)行廉價(jià)印刷。這個(gè)名為Imprint Energy的公司已在腕戴式設(shè)備上測(cè)試超薄鋅聚合電池,希望能將這種電池應(yīng)用在可佩戴電子產(chǎn)品、智能手機(jī)、醫(yī)療產(chǎn)品、智能標(biāo)簽和環(huán)境傳感器等新型電子產(chǎn)業(yè)。
超薄鋅聚合電池在保證人體應(yīng)用安全的同時(shí),以小尺寸和柔性等特點(diǎn),替換笨重鋰基電池不可能達(dá)到的設(shè)計(jì)要求。甚至在小格式中,這種電池也能為小功率無(wú)線通信傳感器提供足夠的電流,并將其與其他類型的薄電池區(qū)分開。
大多數(shù)筆記本電腦和智能手機(jī)使用的電池都包含金屬鋰,由于其高度反應(yīng)性,必須通過(guò)增加尺寸和體積的方法來(lái)進(jìn)行保護(hù)。
雖然金屬鋅的穩(wěn)定性更高,但傳統(tǒng)鋅電池中的水基電解質(zhì)導(dǎo)致鋅形成樹枝晶、分枝狀結(jié)構(gòu),可從一個(gè)電極發(fā)展到另一個(gè)電極,造成短路。
超薄鋅聚合電池基于該公司聯(lián)合創(chuàng)始人克莉絲汀·何(Christine Ho)開發(fā)了一種固體聚合物電解質(zhì),可避免此問題,并且還提高了穩(wěn)定性,充電容量更大。
該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人及總裁布魯克斯·金凱(Brooks Kincaid)表示:這種電池結(jié)合了薄膜鋰電池和印刷電池的最佳特性。使用金屬鋅可為公司提供生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。由于金屬鋅的環(huán)境穩(wěn)定性,可以為公司省去制作對(duì)氧敏感的鋰電池必需的防護(hù)設(shè)備。
“當(dāng)談?wù)摰较拗菩庐a(chǎn)品開發(fā)方面的事情時(shí),這些天有兩件事最讓我頭疼,一是電池,二是產(chǎn)品展示”新器件集團(tuán)副總裁說(shuō):“現(xiàn)有電池不到1000彎曲循環(huán)就出現(xiàn)災(zāi)難性故障,而超薄鋅聚合電池卻能保持穩(wěn)定。”
最近,該公司開始研究由美國(guó)軍方資助的一個(gè)項(xiàng)目,為監(jiān)測(cè)士兵健康狀況的傳感器開發(fā)電池。其他潛在應(yīng)用包括為跟蹤食品和包裝的傳感器智能標(biāo)簽供電等。
固態(tài)鋰陶瓷電池(LCB):耐高溫、受死折、抗破壞
有別于一般鋰電池使用液態(tài)/膠態(tài)的電解液,LCB采用的是鋰陶瓷(Lithium-Ceramic) 的固態(tài)電解質(zhì),所以不用再考慮漏液?jiǎn)栴}。即使被死折、撞擊、穿刺、或火燒所破壞,LCB也不會(huì)起火、燃燒、或爆炸。
一般來(lái)說(shuō),所有可充電鋰電池都會(huì)有保護(hù)電路,用以限制電壓并預(yù)防過(guò)充造成電池爆炸及過(guò)放造成電池不可逆的永久壞損。但LCB在沒有保護(hù)電路的防衛(wèi)下,過(guò)充卻依然安全,并可繼續(xù)工作。
來(lái)自臺(tái)灣的輝能科技公司主攻產(chǎn)品是柔性全固態(tài)電池。主要以下3種類型的LCB電池為生產(chǎn)方向:1、采用軟性電路板FPC為基材的LCB,被稱為:軟板鋰陶瓷電池(FLCB),是全球唯一可以持續(xù)自由彎曲的鋰電池芯,厚度僅0.38mm;2、軟包鋰陶瓷電池(PLCB)是采用鋁箔袋包裝的LCB。3、采用鋰金屬為負(fù)極材的LCB,則是:高能量鋰陶瓷電池(ELCB ),體積能量密度高達(dá)810Wh/L,目前尚在研發(fā)階段。
作為輝能唯一量產(chǎn)的可彎軟式鋰陶瓷電池將是智慧裝置的下一明星。輝能科技花費(fèi)8年時(shí)間,研發(fā)出固態(tài)鋰陶瓷技術(shù),搭配動(dòng)態(tài)彎曲技能,已經(jīng)成為全球唯一可彎曲軟式鋰陶瓷電池量產(chǎn)廠商。蘋果曾主動(dòng)洽談合作,因?yàn)檫@種電池不必?fù)?dān)心剪、戳、敲等主動(dòng)性危險(xiǎn)動(dòng)作、導(dǎo)致電池起火燃燒,而且超薄僅僅0.38mm,更可以動(dòng)態(tài)彎曲,下一步輝能科技將打造建立全球第一個(gè)卷對(duì)卷生產(chǎn)模式。
柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池:柔性、質(zhì)輕、光伏率高
近期,中科院化學(xué)所宋延林研究員課題組和南昌大學(xué)陳義旺教授等合作,通過(guò)一種納米組裝-印刷的方式,大幅提高了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和力學(xué)穩(wěn)定性,使大尺寸柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用于可穿戴設(shè)備變得更加可行,也為研發(fā)新一代可穿戴電子設(shè)備提供了新的思路和方法。
與傳統(tǒng)電源相比,金屬鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、具備優(yōu)異的耐彎折性能,是柔性可穿戴器件的重要突破,有望成為可穿戴電子設(shè)備理想的電源。但是,柔性器件的光電轉(zhuǎn)換效率大面積重現(xiàn)性低,彎折力學(xué)穩(wěn)定性差,限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的廣泛應(yīng)用。
然而解決易脆鈣鈦礦材料與柔性器件力學(xué)穩(wěn)定性之間的矛盾,成為提高柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵。近日,中科院化學(xué)所課題組的研究人員創(chuàng)造性地通過(guò)納米組裝-印刷方式,制備出蜂巢狀的微納米支架,并作為力學(xué)緩沖層和光學(xué)諧振腔,大幅提高了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和力學(xué)穩(wěn)定性。
目前的主流平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),窗口界面層會(huì)消耗相當(dāng)部分的入射光,不利于鈣鈦礦層的光吸收。相比平面型結(jié)構(gòu),蜂巢狀納米支架的引入,提高了鈣鈦礦層在基底的附著。
蜂巢狀納米支架與鈣鈦礦層相互填充,可以充當(dāng)光學(xué)諧振腔,對(duì)器件的光路進(jìn)行調(diào)節(jié),顯著提高入射光利用率,降低光的反射。研究發(fā)現(xiàn),該光學(xué)諧振腔可以將光富集有效提高27%。
當(dāng)器件處于彎折狀態(tài)時(shí),蜂巢狀納米支架能有效釋放鈣鈦礦晶界處的應(yīng)力,從而提高鈣鈦礦層的力學(xué)穩(wěn)定性。通過(guò)引入蜂巢狀納米支架,能將一平方厘米的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)12.32%。
同時(shí),這種納米組裝-印刷的方法,是納米綠色印刷技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域的新突破,對(duì)印刷制造大尺寸高性能柔性可穿戴鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有重要意義。
全柔性新時(shí)代已來(lái):柔性O(shè)LED+柔型電池+柔性芯片+柔性電路
從市場(chǎng)的角度而言,其實(shí)每天都有許多的新技術(shù)、新產(chǎn)品被開發(fā),但是最終這些產(chǎn)品和技術(shù)能否量產(chǎn)并在市場(chǎng)上占據(jù)一定份額,還要綜合考慮其成本、批量生產(chǎn)、用戶熱度、資金投入等相關(guān)問題。
目前,柔性電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展旺盛,前景喜人。但離最終量產(chǎn)并且占據(jù)市場(chǎng)份額還要經(jīng)歷很多的坎坷。單從技術(shù)角度出發(fā),柔性電池領(lǐng)域一定要配合相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,相互協(xié)調(diào),加強(qiáng)溝通,互相關(guān)聯(lián)才能真正的將產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。
如今,可彎曲的OLED 屏幕取得里程碑式的進(jìn)展,技術(shù)方面將不斷成熟,已被市場(chǎng)認(rèn)可,可彎曲化成為屏幕發(fā)展的必然趨勢(shì)。其次,在可彎曲的玻璃面板領(lǐng)域: 康寧以可彎曲的玻璃蓋板打開局面。同時(shí)IBM 已經(jīng)將柔性納米級(jí)電路研制成功。外加柔性電源領(lǐng)域的技術(shù)不斷成熟,性能不斷穩(wěn)定、產(chǎn)品不斷完善,各產(chǎn)業(yè)相互配合,新型柔性電子設(shè)備即將不再是科幻電影中的產(chǎn)物,一個(gè)全柔性產(chǎn)業(yè)鏈即將形成,全柔性新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。(作者:李楠)
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