Fleksibilna baterija - arterija potrošačke elektronike u budućnosti

Sa poboljšanjem životnog standarda i razvojem tehnologije, fleksibilna elektronika dobija sve više pažnje. Napredak fleksibilne elektronske tehnologije može duboko promijeniti oblik proizvoda u zdravstvu, nosivim uređajima, Internetu svega, pa čak i robotici, i ima ogroman tržišni potencijal.

Sa poboljšanjem životnog standarda i razvojem tehnologije, fleksibilna elektronika dobija sve više pažnje. Napredak fleksibilne elektronske tehnologije može duboko promijeniti oblik proizvoda u zdravstvu, nosivim uređajima, Internetu svega, pa čak i robotici, i ima ogroman tržišni potencijal.

Mnoge kompanije su uložile mnogo istraživanja i razvoja, jedno za drugim u ranu primenu tehnologije sledeće generacije i razvoj novih proizvoda. Nedavno su preklopni mobilni telefoni postali omiljeni pravac. Preklapanje je prvi korak za prelazak elektronskih proizvoda sa tradicionalne krutosti na fleksibilnost.

Samsung Galaxy Fold i Huawei Mate X predstavili su sklopive telefone javnosti i zaista su komercijalni, ali su sva njihova rješenja povezana na pola. Iako se koristi cijeli komad fleksibilnog OLED displeja, ostalo je Uređaj se ne može sklopiti ili savijati. Trenutno, pravi ograničavajući faktor za fleksibilne uređaje kao što su fleksibilni mobilni telefoni više nije sam ekran, već inovacija fleksibilne elektronike, posebno fleksibilnih baterija. Baterija za snabdevanje energijom često zauzima većinu zapremine uređaja, tako da je takođe najverovatnije suštinski deo u postizanju istinske fleksibilnosti i savitljivosti. Osim toga, nosivi uređaji kao što su pametni satovi i pametne narukvice i dalje koriste tradicionalne krute baterije, koje su ograničene veličine, zbog čega se vijek trajanja baterije često žrtvuje. Stoga su fleksibilne baterije velikog kapaciteta i velike fleksibilnosti revolucionarni faktor 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, preklapanje i uvijanje; to mogu biti litijum-jonske baterije, cink-manganske baterije ili srebrno-cink baterije, ili čak superkondenzator. Budući da svaki dio fleksibilne baterije prolazi kroz određene deformacije tokom procesa savijanja i rastezanja, materijali i struktura svakog dijela fleksibilne baterije moraju održati performanse nakon nekoliko puta savijanja i rastezanja. Naravno, tehnički zahtjevi u ovoj oblasti su veoma visoki. Visoko. Nakon što se trenutna kruta litijumska baterija deformiše, njene performanse će biti ozbiljno oštećene, a može čak postojati i bezbednosna opasnost. Stoga, fleksibilne baterije zahtijevaju potpuno nove materijale i strukturne dizajne.

U poređenju sa tradicionalnim krutim baterijama, fleksibilne baterije imaju veću prilagodljivost okolini, performanse protiv sudara i bolju sigurnost. Štaviše, fleksibilne baterije mogu učiniti da se elektronski proizvodi razvijaju u ergonomskijem smjeru. Fleksibilne baterije mogu značajno smanjiti troškove i volumen inteligentnog hardvera, dodati nove mogućnosti i poboljšati postojeće mogućnosti, omogućavajući inovativnom hardveru i fizičkom svijetu da postignu duboku integraciju bez presedana.

2.Tržišna veličina fleksibilnih baterija

Fleksibilna elektronska industrija smatra se sljedećim glavnim razvojnim trendom elektronske industrije. Pokretački faktori njegovog brzog razvoja su ogromna potražnja na tržištu i energične nacionalne politike. Mnoge strane zemlje su već formulisale istraživačke planove za fleksibilnu elektroniku. Kao što su američki FDCASU plan, Horizon Project Evropske unije, Južna Koreja „Nacionalna strategija zelenih IT-a u Koreji“ i tako dalje, Kineska fondacija za prirodne nauke Kineski 12. i 13. petogodišnji plan takođe uključuje fleksibilnu elektroniku kao važnu istraživačku oblast mikro-nano proizvodnja.

Pored integracije elektronskih kola, funkcionalnih materijala, mikro-nano proizvodnje i drugih tehnoloških polja, fleksibilna elektronska tehnologija takođe obuhvata poluvodiče, pakovanje, testiranje, tekstil, hemikalije, štampana kola, displeje i druge industrije. Pokrenut 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 će vrijediti 46.94 milijarde dolara u 2018. i 301 milijardu dolara u 2028. godini, sa kombinovanom godišnjom stopom rasta od skoro 30% od 2011. do 2028. godine, iu trendu je dugoročnog brz 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 izvještaju o istraživanju globalnog tržišta fleksibilnih baterija za 2020. koji su objavili Markets and Markets, do 2020. godine se očekuje da će globalno tržište fleksibilnih baterija dostići 617 miliona američkih dolara. Od 2015. do 2020. godine, fleksibilna baterija će rasti po zajedničkoj godišnjoj stopi rasta od 53.68%. Povećati. Kao tipična daljnja industrija fleksibilnih baterija, očekuje se da će industrija nosivih uređaja isporučiti 280 miliona jedinica 2021. Kako tradicionalni hardver ulazi u period uskog grla i inovativne primjene novih tehnologija, nosivi uređaji uvode novi period brzog razvoja. Biće 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 mnoga pitanja kao što su materijali, strukture i proizvodni procesi moraju biti riješena. Trenutno je mnogo istraživačkog rada još uvijek u laboratorijskoj fazi, a vrlo je malo kompanija koje mogu izvršiti masovnu proizvodnju.

3.Tehnički smjer fleksibilnih baterija

Tehnički pravac za realizaciju fleksibilnih ili rastezljivih baterija je uglavnom projektovanje novih struktura i fleksibilnih materijala. Konkretno, prvenstveno postoje sljedeće tri kategorije:

3.1.Thin film baterija

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

3.2. Štampana baterija (papirna baterija)

Poput tankoslojnih baterija, papirne baterije su baterije koje koriste tanki film kao nosač. Razlika je u tome što se posebno mastilo napravljeno od provodljivih materijala i karbonskih nanomaterijala nanosi na film tokom procesa pripreme. Karakteristike baterija odštampanog na tankom filmu su meke, lagane i tanke. Iako imaju manju snagu od tankoslojnih baterija, one su ekološki prihvatljivije – uglavnom baterije za jednokratnu upotrebu.

Papirne baterije spadaju u štampanu elektroniku, a sve njihove komponente ili delovi su završeni štamparskim proizvodnim metodama. Istovremeno, štampani elektronski proizvodi su dvodimenzionalni i imaju fleksibilne karakteristike.

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

Tankofilmske i štampane baterije ograničene su zapreminom i mogu da postignu samo proizvode male snage. I više scenarija aplikacija imaju veću potražnju za ogromnom snagom. Ovo čini 3D fleksibilne baterije koje nisu tanke folije popularno tržište. Na primjer, trenutno popularna fleksibilna, rastezljiva baterija velikog kapaciteta ostvarena ostrvskom mostovskom konstrukcijom. Princip ove baterije je serijski paralelna struktura baterije. Poteškoća leži u visokoj provodljivosti i pouzdanoj vezi između baterija, koje se mogu rastegnuti i savijati, i vanjskog Protect dizajna pakovanja. Prednost ove vrste baterija je u tome što se može rastezati, savijati i uvijati. Prilikom okretanja, samo savijanje konektora ne utiče 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. Budi mali. Tu je i origami struktura, koja savija 2D-dimenzionalni papir u različite oblike u 3D prostoru savijanjem i savijanjem. Ova origami tehnologija se primjenjuje na litijum-jonske baterije, a strujni kolektor, pozitivna elektroda, negativna elektroda itd. se presavijaju pod različitim uglovima savijanja. Kada je istegnuta i savijena, baterija može izdržati veliki pritisak zbog efekta preklapanja i ima dobru elastičnost. Neće uticati na performanse. Osim toga, često usvajaju strukturu u obliku valova, odnosno rastezljivu strukturu u obliku valova. Aktivni materijal se nanosi na metalni stub u obliku talasa kako bi se napravila rastezljiva elektroda. Litijumska baterija zasnovana na ovoj strukturi je više puta rastegnuta i savijena. I dalje može održavati dobar kapacitet ciklusa.

Ultra tanke baterije se obično koriste u tankim elektronskim proizvodima kao što su elektronske kartice, štampane baterije se obično koriste u scenarijima za jednokratnu upotrebu kao što su RFID oznake, a fleksibilne baterije velikog kapaciteta uglavnom se koriste u inteligentnim elektronskim proizvodima kao što su satovi i mobilni telefoni. koji zahtevaju veliki kapacitet. Superior.

4. Konkurentni krajolik fleksibilnih baterija

Fleksibilno tržište baterija se još uvijek pojavljuje, a učesnici su uglavnom tradicionalni proizvođači baterija, tehnološki divovi i start-up kompanije. Međutim, trenutno ne postoji dominantan proizvođač na globalnom nivou, a jaz između kompanija nije veliki i one su u osnovi u fazi istraživanja i razvoja.

Iz regionalne perspektive, trenutno istraživanje i razvoj fleksibilnih baterija uglavnom su koncentrisani 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 takođe aktivno koriste fleksibilne baterije. Kontinentalna Kina je napravila određeni napredak u oblasti papirnih baterija. Listirane kompanije kao što su Evergreen i Jiulong Industrial uspjele su postići masovnu proizvodnju. Pojavilo se i nekoliko start-up kompanija u drugim tehničkim pravcima, kao što su Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology i Jizhan Technology. Istovremeno, značajne naučno-istraživačke institucije razvijaju i nove tehnološke pravce.

U nastavku ćemo ukratko analizirati i uporediti proizvode i dinamiku kompanije nekoliko velikih programera u oblasti fleksibilnih baterija:

Tajvan Huineng

FLCB mekana litijum-keramička baterija

1. Litijum-keramička baterija u čvrstom stanju razlikuje se od tekućeg elektrolita koji se koristi u dostupnoj litijumskoj bateriji. Neće curiti čak ni ako je slomljena, udarena, probušena ili spaljena i neće se zapaliti, izgorjeti ili eksplodirati. Dobre sigurnosne performanse
2. Ultra tanak, najtanji može doseći 0.38 mm
3. Gustoća baterija nije tako visoka kao kod litijumskih baterija. 33mm34mmLitijum-keramička baterija od 0.38 mm ima kapacitet od 10.5 mAh i gustinu energije od 91 Wh/L.
4. Nije fleksibilan; može se samo savijati, a ne može se istezati, sabijati ili uvijati.

U drugoj polovini 2018. godine izgraditi prvu super fabriku na svetu solid-state litijum-keramičkih baterija.

Južna Koreja LG Chem

Kabl baterija

1. Ima odličnu fleksibilnost i može izdržati određeni stepen istezanja
2. Fleksibilniji je i ne treba ga stavljati u elektronsku opremu poput tradicionalnih litijum-jonskih 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 litijumskih baterija i sigurniji je izbor za opremu koju nose ljudi

Ultra-tanke karakteristike ograničavaju kapacitet baterije, a sigurnosne performanse cink baterije i dalje zahtijevaju dugoročnu inspekciju tržišta. Dugo vrijeme konverzije proizvoda

Udružite se sa Semtechom da uđete u polje 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 upotrebe ograničeni. Može se primijeniti samo na RFID elektronske oznake, senzore, pametne kartice, inovativna pakovanja itd.
3. Završite akviziciju Enfucella u Finskoj u potpunom vlasništvu 2018
4. Primio je 70 miliona RMB finansiranja u 2018

HOPPT BATTERY

Baterija za 3D štampanje

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

5.Budući razvoj fleksibilnih baterija

Trenutno, fleksibilne baterije još uvijek imaju dug put do pokazatelja elektrohemijskih performansi kao što su kapacitet baterije, gustina energije i životni vijek. Baterije razvijene u postojećim laboratorijama uglavnom imaju visoke procesne zahtjeve, nisku efikasnost proizvodnje i visoku cijenu, što nije pogodno za veliku industrijsku proizvodnju. U budućnosti, potraga za fleksibilnim materijalima za elektrode i čvrstim elektrolitima sa odličnim sveobuhvatnim performansama, inovativnim dizajnom strukture baterije i razvojem novih procesa pripreme čvrstih baterija predstavljaju proboj pravac.

Osim toga, najznačajnija bolna tačka trenutne industrije baterija je vijek trajanja baterije. U budućnosti, proizvođači baterija koji mogu postići povoljan položaj moraju istovremeno riješiti problem vijeka trajanja baterija i fleksibilne proizvodnje. Očekuje se da će primjena novih izvora energije (kao što su solarna 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 proboj u cijelom području fleksibilne elektronike koju predstavljaju fleksibilne baterije neminovno će donijeti ogromne promjene u uzvodnoj i nizvodnoj industriji.