باتری انعطاف پذیر - شریان لوازم الکترونیکی مصرفی در آینده

با بهبود استانداردهای زندگی و توسعه فناوری، الکترونیک انعطاف پذیر بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. پیشرفت فناوری الکترونیکی انعطاف‌پذیر می‌تواند شکل محصول در سلامت، پوشیدنی، اینترنت همه چیز و حتی روباتیک را عمیقاً تغییر دهد و پتانسیل گسترده‌ای در بازار دارد.

با بهبود استانداردهای زندگی و توسعه فناوری، الکترونیک انعطاف پذیر بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. پیشرفت فناوری الکترونیکی انعطاف‌پذیر می‌تواند شکل محصول در سلامت، پوشیدنی، اینترنت همه چیز و حتی روباتیک را عمیقاً تغییر دهد و پتانسیل گسترده‌ای در بازار دارد.

بسیاری از شرکت‌ها تحقیقات و توسعه زیادی را انجام داده‌اند، یکی پس از دیگری استقرار اولیه فناوری نسل بعدی و توسعه محصول جدید. اخیراً تلفن های همراه تاشو به یک مسیر مورد علاقه تبدیل شده اند. تاشو اولین قدم برای تغییر محصولات الکترونیکی از سفتی سنتی به انعطاف پذیری است.

سامسونگ گلکسی فولد و هواوی میت ایکس گوشی‌های تاشو را در معرض دید عموم قرار داده‌اند و واقعاً تجاری هستند، اما راه‌حل‌های آن‌ها همه به نصف است. اگرچه یک قطعه کامل از صفحه نمایش OLED منعطف استفاده می شود، بقیه دستگاه را نمی توان تا کرد یا خم کرد. در حال حاضر، عامل محدود کننده واقعی برای دستگاه های انعطاف پذیر مانند تلفن های همراه منعطف دیگر خود صفحه نمایش نیست، بلکه نوآوری در وسایل الکترونیکی انعطاف پذیر، به ویژه باتری های انعطاف پذیر است. باتری منبع انرژی اغلب بیشتر حجم دستگاه را اشغال می کند، بنابراین محتمل ترین بخش ضروری در دستیابی به انعطاف پذیری و خم شدن واقعی است. علاوه بر این، دستگاه‌های پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند و دستبندهای هوشمند هنوز از باتری‌های سفت و سخت سنتی استفاده می‌کنند که اندازه آنها محدود است و در نتیجه عمر باتری اغلب قربانی می‌شود. بنابراین، باتری‌های انعطاف‌پذیر با ظرفیت بالا و انعطاف‌پذیری بالا یک عامل انقلابی در تلفن‌های همراه تاشو و دستگاه‌های پوشیدنی هستند.

1. تعریف و مزایای باتری های انعطاف پذیر

باتری قابل انعطاف به طور کلی به باتری هایی اطلاق می شود که می توان آنها را خم کرد و به طور مکرر استفاده کرد. خواص آنها عبارتند از خم شدن، کشش، تاشو، و چرخش. آنها می توانند باتری های لیتیوم یونی، باتری های روی-منگنز یا باتری های نقره-روی یا حتی ابرخازن باشند. از آنجایی که هر قسمت از باتری انعطاف پذیر در طول فرآیند تا شدن و کشش دچار تغییر شکل خاصی می شود، مواد و ساختار هر قسمت از باتری انعطاف پذیر باید پس از چندین بار تا شدن و کشش عملکرد خود را حفظ کند. طبیعتا الزامات فنی در این زمینه بسیار بالاست. بالا پس از تغییر شکل باتری لیتیومی سفت و سخت فعلی، عملکرد آن به شدت آسیب خواهد دید و حتی ممکن است خطرات ایمنی وجود داشته باشد. بنابراین، باتری‌های انعطاف‌پذیر به مواد و طرح‌های ساختاری جدید نیاز دارند.

در مقایسه با باتری های سفت و سخت سنتی، باتری های انعطاف پذیر سازگاری محیطی بالاتر، عملکرد ضد برخورد و ایمنی بهتری دارند. علاوه بر این، باتری‌های انعطاف‌پذیر می‌توانند محصولات الکترونیکی را در جهتی ارگونومیک‌تر توسعه دهند. باتری‌های انعطاف‌پذیر می‌توانند هزینه و حجم سخت‌افزار هوشمند را به میزان قابل توجهی کاهش دهند، قابلیت‌های جدید اضافه کنند و قابلیت‌های موجود را بهبود بخشند، و سخت‌افزارهای نوآورانه و دنیای فیزیکی را قادر می‌سازند تا به یکپارچگی عمیق بی‌سابقه دست یابند.

2. اندازه بازار باتری های انعطاف پذیر

صنعت الکترونیک انعطاف پذیر به عنوان روند توسعه اصلی بعدی صنعت الکترونیک در نظر گرفته می شود. عوامل محرک برای توسعه سریع آن، تقاضای عظیم بازار و سیاست های شدید ملی است. بسیاری از کشورهای خارجی قبلاً برنامه های تحقیقاتی برای الکترونیک انعطاف پذیر تنظیم کرده اند. مانند طرح FDCASU ایالات متحده، پروژه افق اتحادیه اروپا، "استراتژی ملی فناوری اطلاعات سبز کره" و غیره، بنیاد علوم طبیعی چین در برنامه پنج ساله دوازدهم و سیزدهم چین نیز شامل الکترونیک انعطاف پذیر به عنوان یک حوزه تحقیقاتی مهم است. تولید میکرو نانو

علاوه بر ادغام مدارهای الکترونیکی، مواد کاربردی، تولید میکرو نانو و سایر زمینه‌های فناوری، فناوری الکترونیکی انعطاف‌پذیر شامل نیمه‌رساناها، بسته‌بندی، آزمایش، منسوجات، مواد شیمیایی، مدارهای چاپی، پانل‌های نمایشگر و سایر صنایع می‌شود. این یک بازار تریلیون دلاری را هدایت می کند و به بخش های سنتی در افزایش ارزش افزوده صنایع و ایجاد تغییرات انقلابی در ساختار صنعتی و زندگی انسان کمک می کند. بر اساس پیش‌بینی‌های سازمان‌های معتبر، صنعت الکترونیک انعطاف‌پذیر در سال 46.94 به ارزش 2018 میلیارد دلار و در سال 301 2028 میلیارد دلار خواهد بود، با نرخ رشد مرکب سالانه نزدیک به 30 درصد از سال 2011 تا 2028، و در یک روند بلندمدت قرار دارد. رشد سریع.

باتری انعطاف پذیر - شریان لوازم الکترونیکی مصرفی در آینده 〡 میزوکی کپیتال اصلی
شکل 1: زنجیره صنعت باتری انعطاف پذیر

باتری انعطاف پذیر بخش مهمی از حوزه الکترونیک انعطاف پذیر است. آنها را می توان در تلفن های همراه تاشو، دستگاه های پوشیدنی، لباس های روشن و سایر مناطق استفاده کرد و تقاضای گسترده ای در بازار دارند. بر اساس یک گزارش تحقیقاتی در مورد پیش‌بینی بازار جهانی باتری انعطاف‌پذیر ۲۰۲۰ که توسط Markets and Markets منتشر شده است، انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۰، بازار جهانی باتری‌های انعطاف‌پذیر به ۶۱۷ میلیون دلار آمریکا برسد. از سال 2020 تا 2020، باتری انعطاف پذیر با نرخ رشد سالانه مرکب 617 درصد رشد خواهد کرد. افزایش دادن. به‌عنوان یک صنعت معمولی پایین‌دستی باتری‌های انعطاف‌پذیر، انتظار می‌رود صنعت دستگاه‌های پوشیدنی در سال 2015 به 2020 میلیون دستگاه برسد. با ورود سخت‌افزار سنتی به دوره تنگنا و کاربردهای نوآورانه فناوری‌های جدید، دستگاه‌های پوشیدنی دوره جدیدی از توسعه سریع را آغاز می‌کنند. تقاضا در مقیاس بزرگ برای باتری های انعطاف پذیر وجود خواهد داشت.

با این حال، صنعت باتری های انعطاف پذیر هنوز با چالش های زیادی مواجه است و بزرگترین مشکل، مسائل فنی است. صنعت باتری های انعطاف پذیر موانع زیادی برای ورود دارد و بسیاری از مسائل مانند مواد، ساختارها و فرآیندهای تولید باید حل شوند. در حال حاضر تحقیقات زیادی هنوز در مرحله آزمایشگاهی است و تعداد کمی از شرکت ها می توانند تولید انبوه را انجام دهند.

3. جهت فنی باتری های انعطاف پذیر

جهت فنی برای تحقق باتری های انعطاف پذیر یا قابل کشش عمدتاً طراحی ساختارهای جدید و مواد انعطاف پذیر است. به طور خاص، در درجه اول سه دسته زیر وجود دارد:

3.1. باتری فیلم نازک

اصل اساسی باتری های لایه نازک این است که از پردازش فوق نازک مواد در هر لایه باتری برای تسهیل خمش و ثانیاً بهبود عملکرد چرخه با اصلاح ماده یا الکترولیت استفاده شود. باتری های لایه نازک عمدتاً باتری های لیتیوم سرامیکی از تایوان Huineng و باتری های روی پلیمری از Imprint Energy در ایالات متحده را نشان می دهند. مزیت این نوع باتری این است که می تواند به درجه خاصی از خم شدن برسد و فوق العاده نازک است (<1 میلی متر). عیب آن این است که فناوری اطلاعات نمی تواند آن را کشش دهد، عمر پس از چرخش به سرعت از بین می رود، ظرفیت آن کوچک است (سطح میلی آمپر ساعت)، و هزینه آن بالا است.

3.2. باتری چاپ شده (باتری کاغذی)

مانند باتری های لایه نازک، باتری های کاغذی باتری هایی هستند که از لایه نازک به عنوان حامل استفاده می کنند. تفاوت این است که یک جوهر مخصوص ساخته شده از مواد رسانا و نانومواد کربنی بر روی فیلم در طول فرآیند آماده سازی پوشش داده می شود. ویژگی های باتری های کاغذی چاپ شده با لایه نازک نرم، سبک و نازک است. اگرچه آنها نسبت به باتری های لایه نازک قدرت کمتری دارند، اما دوستدار محیط زیست هستند - عموماً یک باتری یکبار مصرف.

باتری های کاغذی متعلق به الکترونیک چاپی هستند و تمام اجزا یا قطعات آن با روش های تولید چاپ تکمیل می شود. در عین حال محصولات الکترونیکی چاپی دو بعدی بوده و دارای ویژگی های انعطاف پذیر هستند.

3.3. باتری طراحی ساختار جدید (باتری انعطاف پذیر با ظرفیت بزرگ)

باتری های لایه نازک و باتری های چاپ شده از نظر حجم محدود هستند و فقط می توانند به محصولات کم مصرف دست پیدا کنند. و سناریوهای کاربردی بیشتر تقاضای بیشتری برای قدرت بسیار زیاد دارند. این باعث می شود باتری های انعطاف پذیر سه بعدی غیر نازک به بازاری داغ تبدیل شوند. به عنوان مثال، باتری قابل انعطاف و کشش پذیر فعلی با ظرفیت بالا که توسط ساختار پل جزیره ای ساخته شده است. اصل این باتری ساختار سری-موازی بسته باتری است. مشکل در رسانایی بالا و پیوند قابل اعتماد بین باتری ها است که می تواند کشش و خم شود و از طراحی بسته محافظت می کند. مزیت این نوع باتری این است که می تواند کشیده، خم شود و بپیچد. هنگام چرخش، فقط خم شدن کانکتور بر عمر باتری تأثیر نمی گذارد. دارای ظرفیت زیاد (سطح آمپر ساعت) و هزینه کم است. نقطه ضعف آن این است که نرمی محلی به خوبی یک باتری بسیار نازک نیست. کوچک باش یک ساختار اوریگامی نیز وجود دارد که کاغذهای دو بعدی را با تا کردن و خم کردن به اشکال مختلف در فضای سه بعدی تا می کند. این فناوری اوریگامی برای باتری های لیتیوم یونی اعمال می شود و کلکتور جریان، الکترود مثبت، الکترود منفی و غیره با توجه به زوایای مختلف تاشو تا می شوند. در صورت کشیده شدن و خم شدن، باتری به دلیل اثر تاشو فشار زیادی را تحمل می کند و خاصیت ارتجاعی خوبی دارد. تاثیری بر عملکرد نخواهد داشت. علاوه بر این، آنها اغلب ساختار موجی را اتخاذ می کنند، یعنی یک ساختار قابل کشش موجی شکل. ماده فعال بر روی قطعه قطب فلزی موج شکل اعمال می شود تا یک الکترود قابل کشش ایجاد شود. باتری لیتیومی مبتنی بر این ساختار بارها کشیده و خم شده است. هنوز هم می تواند ظرفیت چرخه خوبی را حفظ کند.

باتری‌های بسیار نازک معمولاً در محصولات الکترونیکی نازک مانند کارت‌های الکترونیکی، باتری‌های چاپی معمولاً در سناریوهای یکبار مصرف مانند برچسب‌های RFID استفاده می‌شوند و باتری‌های انعطاف‌پذیر با ظرفیت بالا عمدتاً در محصولات الکترونیکی هوشمند مانند ساعت‌ها و تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند. که نیاز به ظرفیت زیاد دارند. برتر.

4. چشم انداز رقابتی باتری های انعطاف پذیر

بازار باتری انعطاف‌پذیر هنوز در حال ظهور است و بازیگران شرکت‌کننده عمدتاً تولیدکنندگان باتری سنتی، غول‌های فناوری و شرکت‌های نوپا هستند. با این حال، در حال حاضر هیچ تولیدکننده غالبی در سطح جهانی وجود ندارد و شکاف بین شرکت‌ها زیاد نیست و اساساً در مرحله تحقیق و توسعه هستند.

از منظر منطقه ای، تحقیق و توسعه فعلی باتری های انعطاف پذیر عمدتاً در ایالات متحده، کره جنوبی و تایوان متمرکز شده است، مانند Imprint Energy در ایالات متحده، Hui Neng Taiwan، LG Chem در کره جنوبی و غیره. غول های فناوری مانند اپل، سامسونگ و پاناسونیک نیز به طور فعال باتری های انعطاف پذیر را به کار می گیرند. سرزمین اصلی چین پیشرفت های خاصی در زمینه باتری های کاغذی ایجاد کرده است. شرکت های فهرست شده مانند Evergreen و Jiulong Industrial توانسته اند به تولید انبوه برسند. چندین استارت‌آپ نیز در جهت‌های فنی دیگر مانند Beijing Xujiang Technology Co.، Ltd.، Soft Electronics Technology و Jizhan Technology ظهور کرده‌اند. در همان زمان، مؤسسات تحقیقاتی علمی قابل توجهی نیز در حال توسعه جهت های فن آوری جدید هستند.

در ادامه به طور خلاصه به تحلیل و مقایسه محصولات و پویایی شرکت چندین توسعه‌دهنده بزرگ در زمینه باتری‌های انعطاف‌پذیر می‌پردازیم:

تایوان هوینگ

باتری سرامیکی لیتیوم صفحه نرم FLCB

1. باتری لیتیوم سرامیکی حالت جامد با الکترولیت مایع مورد استفاده در باتری لیتیومی موجود متفاوت است. حتی اگر شکسته شود، ضربه بخورد، سوراخ شود یا بسوزد، نشت نمی کند و آتش نمی گیرد، می سوزد یا منفجر نمی شود. عملکرد ایمنی خوب
2. فوق العاده نازک، باریک ترین می تواند به 0.38 میلی متر برسد
3. چگالی باتری به اندازه باتری های لیتیومی نیست. 33 میلی متر34mmباتری سرامیکی لیتیوم 0.38 میلی متری دارای ظرفیت 10.5 میلی آمپر ساعت و چگالی انرژی 91Wh/L است.
4. انعطاف پذیر نیست؛ فقط می توان آن را خم کرد و نمی توان آن را کش داد، فشرده کرد یا پیچ خورد.

در نیمه دوم سال 2018، اولین کارخانه فوق العاده باتری های سرامیکی لیتیوم جامد در جهان را بسازید.

کره جنوبی LG Chem

باتری کابلی

1. انعطاف پذیری بسیار خوبی دارد و می تواند درجات خاصی از کشش را تحمل کند
2. انعطاف پذیرتر است و نیازی به قرار دادن داخل تجهیزات الکترونیکی مانند باتری های لیتیوم یون سنتی ندارد. می توان آن را در هر مکانی قرار داد و می تواند به خوبی در طراحی محصول ادغام شود.
3. باتری کابل ظرفیت کمی دارد و هزینه تولید بالایی دارد
4. هنوز تولید انرژی نشده است

ایمپرنت انرژی، ایالات متحده آمریکا

باتری روی پلیمر

1. عملکرد ایمنی خمشی بسیار نازک و پویا خوب
2. روی کمتر از باتری های لیتیومی سمی است و برای تجهیزاتی که روی انسان استفاده می شود، انتخاب ایمن تری است

ویژگی های بسیار نازک ظرفیت باتری را محدود می کند و عملکرد ایمنی باتری روی هنوز نیاز به بازرسی طولانی مدت در بازار دارد. زمان طولانی تبدیل محصول

برای ورود به حوزه اینترنت اشیا با Semtech همراه شوید

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

باتری کاغذی

1. به تولید انبوه رسیده و در تگ های RFID، پزشکی و سایر زمینه ها استفاده شده است

می تواند 2 را سفارشی کند. اندازه، ضخامت و شکل مطابق با نیاز کاربران است و می تواند موقعیت الکترودهای مثبت و منفی باتری را تنظیم کند.

1. باتری کاغذی برای یک بار استفاده است و قابل شارژ نیست
2. قدرت کم است و سناریوهای استفاده محدود است. این فقط می تواند برای برچسب های الکترونیکی RFID، حسگرها، کارت های هوشمند، بسته بندی های نوآورانه و غیره اعمال شود.
3. خرید کامل Enfucell در فنلاند را در سال 2018 تکمیل کنید
4. در سال 70 2018 میلیون یوان فاینانس دریافت کرد

HOPPT BATTERY

باتری پرینت سه بعدی

1. فرآیند چاپ سه بعدی مشابه و فناوری تقویت نانوالیاف
2. باتری لیتیومی انعطاف پذیر دارای ویژگی های سبک، نازک و انعطاف پذیر است

5. توسعه آینده باتری های انعطاف پذیر

در حال حاضر، باتری های انعطاف پذیر هنوز راه درازی در شاخص های عملکرد الکتروشیمیایی مانند ظرفیت باتری، چگالی انرژی و عمر چرخه دارند. باتری‌های توسعه‌یافته در آزمایشگاه‌های موجود عموماً نیازمند فرآیند بالا، راندمان تولید پایین و هزینه بالا هستند که برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ نامناسب هستند. در آینده، جست‌وجوی مواد الکترود انعطاف‌پذیر و الکترولیت‌های جامد با عملکرد جامع عالی، طراحی ساختار باتری نوآورانه، و توسعه فرآیندهای جدید آماده‌سازی باتری‌های حالت جامد، مسیرهای پیشرفت هستند.

علاوه بر این، مهم ترین نقطه درد صنعت باتری فعلی عمر باتری است. در آینده، تولیدکنندگان باتری که می توانند به موقعیتی سودمند دست یابند، باید همزمان مشکل عمر باتری و تولید انعطاف پذیر را حل کنند. انتظار می رود استفاده از منابع جدید انرژی (مانند انرژی خورشیدی و انرژی زیستی) یا مواد جدید (مانند گرافن) این دو مشکل را به طور همزمان حل کند.

باتری های انعطاف پذیر در آینده تبدیل به آئورت لوازم الکترونیکی مصرفی می شوند. در آینده قابل پیش‌بینی، پیشرفت‌های فناوری در کل حوزه الکترونیک انعطاف‌پذیر که با باتری‌های انعطاف‌پذیر نشان داده می‌شود، ناگزیر تغییرات عظیمی را در صنایع بالادستی و پایین‌دستی ایجاد خواهد کرد.