Rugalmas akkumulátor – a fogyasztói elektronika artériája a jövőben

Az életszínvonal javulásával és a technológia fejlődésével a rugalmas elektronika egyre nagyobb figyelmet kapott. A rugalmas elektronikai technológia fejlődése alaposan megváltoztathatja a termékformát az egészségügyi, a hordható, az Internet of Everything és még a robotika területén is, és hatalmas piaci potenciállal rendelkezik.

Az életszínvonal javulásával és a technológia fejlődésével a rugalmas elektronika egyre nagyobb figyelmet kapott. A rugalmas elektronikai technológia fejlődése alaposan megváltoztathatja a termékformát az egészségügyi, a hordható, az Internet of Everything és még a robotika területén is, és hatalmas piaci potenciállal rendelkezik.

Sok vállalat rengeteg kutatásba és fejlesztésbe fektetett be, egymás után a következő generációs technológia korai bevezetésébe és új termékfejlesztésbe. Az utóbbi időben az összecsukható mobiltelefonok kedvelt irányzattá váltak. Az összecsukás az első lépés az elektronikai termékek számára a hagyományos merevségről a rugalmasságra való átálláshoz.

A Samsung Galaxy Fold és a Huawei Mate X az összehajtható telefonokat hozta a nyilvánosság elé, és valóban kereskedelmi jellegűek, de megoldásaik mindegyike félcsuklós. Bár egy egész darab rugalmas OLED kijelzőt használnak, a többi A készülék nem hajtható össze vagy hajlítható. Jelenleg a rugalmas eszközök, például a rugalmas mobiltelefonok esetében az igazi korlátozó tényező már nem maga a képernyő, hanem a rugalmas elektronika, különösen a rugalmas akkumulátorok innovációja. Az energiaellátó akkumulátor gyakran a készülék térfogatának nagy részét foglalja el, így ez a legvalószínűbb nélkülözhetetlen alkatrésze a valódi rugalmasság és hajlíthatóság elérésének. Ezenkívül a hordható eszközök, például az okosórák és az intelligens karkötők továbbra is hagyományos merev akkumulátorokat használnak, amelyek mérete korlátozott, ami gyakran feláldozza az akkumulátor élettartamát. Ezért a nagy kapacitású, nagy rugalmasságú flexibilis akkumulátorok forradalmi tényezőt jelentenek az összecsukható mobiltelefonokban és hordható eszközökben.

1. A rugalmas akkumulátorok meghatározása és előnyei

Rugalmas akkumulátor általában olyan akkumulátorokra utalnak, amelyek hajlíthatók és többször használhatók. Tulajdonságaik közé tartozik a hajlítható, nyújtható, összecsukható és csavarható; lehetnek lítium-ion akkumulátorok, cink-mangán akkumulátorok vagy ezüst-cink akkumulátorok, vagy akár szuperkondenzátorok. Mivel a hajlékony akkumulátor minden része bizonyos deformáción megy keresztül a hajtogatási és nyújtási folyamat során, a flexibilis akkumulátor egyes részeinek anyagának és szerkezetének meg kell őriznie teljesítményét többszöri összehajtás és nyújtás után. Természetesen ezen a területen nagyon magasak a műszaki követelmények. Magas. Miután a jelenlegi merev lítium akkumulátor deformáción megy keresztül, teljesítménye súlyosan romlik, és akár biztonsági kockázatok is felmerülhetnek. Ezért a rugalmas akkumulátorokhoz vadonatúj anyagokra és szerkezeti kialakításokra van szükség.

A hagyományos merev akkumulátorokhoz képest a rugalmas akkumulátorok nagyobb környezeti alkalmazkodóképességgel, ütközésgátló teljesítménnyel és nagyobb biztonsággal rendelkeznek. Sőt, a rugalmas akkumulátorok segítségével az elektronikai termékek ergonomikusabb irányba fejlődhetnek. A flexibilis akkumulátorok jelentősen csökkenthetik az intelligens hardver költségeit és mennyiségét, új képességekkel bővíthetik és javíthatják a meglévő képességeket, lehetővé téve az innovatív hardver és a fizikai világ számára, hogy soha nem látott mély integrációt érjenek el.

2. A rugalmas akkumulátorok piaci mérete

A rugalmas elektronikai ipart tekintik az elektronikai ipar következő jelentős fejlődési irányának. Gyors fejlődésének mozgatórugója a hatalmas piaci kereslet és az erőteljes nemzeti politika. Sok külföldi ország már megfogalmazott kutatási tervet a rugalmas elektronikára vonatkozóan. Mint például az Egyesült Államok FDCASU-terve, az Európai Unió Horizon Projectje, Dél-Korea „Korea Green IT National Strategy” és így tovább, a Kínai Természettudományi Alapítvány Kína 12. és 13. ötéves tervében a rugalmas elektronika is fontos kutatási terület. mikro-nano gyártás.

Az elektronikus áramkörök, a funkcionális anyagok, a mikro-nano gyártás és más technológiai területek integrálása mellett a rugalmas elektronikai technológia kiterjed a félvezetőkre, a csomagolásra, a tesztelésre, a textilekre, a vegyszerekre, a nyomtatott áramkörökre, a kijelzőpanelekre és más iparágakra is. Egy billió dolláros piacot fog hajtani, és segíti a hagyományos ágazatokat az iparágak hozzáadott értékének növelésében, és forradalmi változásokat hoz az ipari szerkezetben és az emberi életben. A mérvadó szervezetek előrejelzései szerint a rugalmas elektronikai ipar értéke 46.94-ban 2018 milliárd USD, 301-ban pedig 2028 milliárd USD lesz, 30 és 2011 között közel 2028%-os éves összetett növekedési rátával, és hosszú távú tendenciát mutat. gyors növekedés.

Rugalmas akkumulátor – a fogyasztói elektronika artériája a jövőben 〡 Mizuki Capital eredeti
1. ábra: Rugalmas akkumulátoripari lánc

A rugalmas akkumulátor a rugalmas elektronika területének létfontosságú részét képezi. Használhatók összecsukható mobiltelefonokban, hordható eszközökben, világos ruhákban és más területeken, és széles körű piaci keresletet mutatnak. A Markets and Markets által kiadott, a 2020-as globális rugalmas akkumulátorpiaci előrejelzésről szóló kutatási jelentés szerint 2020-ra a globális rugalmas akkumulátorpiac várhatóan eléri a 617 millió USD-t. 2015 és 2020 között a rugalmas akkumulátorok éves növekedési üteme 53.68%. Növekedés. A rugalmas akkumulátorok tipikus downstream iparágaként a hordható eszközök iparága várhatóan 280 millió darabot fog szállítani 2021-ben. Ahogy a hagyományos hardver szűk keresztmetszetek időszakába lép, és az új technológiák innovatív alkalmazásai, a hordható eszközök a gyors fejlődés új időszakát nyitják meg. Nagy igény lesz a rugalmas akkumulátorokra.

A rugalmas akkumulátoripar azonban még mindig számos kihívással néz szembe, és a legnagyobb probléma a technikai problémák. A rugalmas akkumulátoriparban magasak a belépési korlátok, és számos kérdést, például anyagokat, szerkezeteket és gyártási folyamatokat kell megoldani. Jelenleg a kutatómunka nagy része még laboratóriumi stádiumban van, és nagyon kevés olyan cég van, amelyik képes tömeggyártásra.

3.A rugalmas akkumulátorok műszaki iránya

A rugalmas vagy nyújtható akkumulátorok megvalósításának műszaki iránya elsősorban új szerkezetek, rugalmas anyagok tervezése. Pontosabban, elsősorban a következő három kategória létezik:

3.1. Vékony film akkumulátor

A vékonyfilmes akkumulátorok alapelve az, hogy minden akkumulátorrétegben ultravékonyan kezelik az anyagokat, hogy megkönnyítsék a hajlítást, másodsorban pedig az anyag vagy az elektrolit módosításával javítsák a ciklus teljesítményét. A vékonyréteg-akkumulátorok főként a tajvani Huineng lítium-kerámia akkumulátorait és az Imprint Energy cink-polimer akkumulátorait képviselik az Egyesült Államokban. Az ilyen típusú akkumulátor előnye, hogy bizonyos fokú hajlítást képes elérni, és ultravékony (<1 mm); Hátránya, hogy az IT nem tudja feszíteni, esztergálás után gyorsan lecsökken az élettartama, kicsi a kapacitása (milliamperóra szint), költsége magas.

3.2. Nyomtatott akkumulátor (papír akkumulátor)

A vékonyfilmes akkumulátorokhoz hasonlóan a papírakkumulátorok olyan elemek, amelyek vékonyfilmet használnak hordozóként. A különbség az, hogy az előkészítés során speciális vezető anyagokból és szén nanoanyagokból készült festéket vonnak be a filmre. A vékonyrétegre nyomtatott papírelemek jellemzői lágyak, könnyűek és vékonyak. Bár kisebb a teljesítményük, mint a vékonyfilmes akkumulátoroké, környezetbarátabbak – általában eldobható akkumulátorok.

A papírakkumulátorok a nyomtatott elektronikához tartoznak, minden alkatrészük vagy alkatrészük nyomdai gyártási eljárással készül. Ugyanakkor a nyomtatott elektronikai termékek kétdimenziósak és rugalmas jellemzőkkel rendelkeznek.

3.3. Új szerkezetű akkumulátor (nagy kapacitású rugalmas akkumulátor)

A vékonyfilmes akkumulátorok és a nyomtatott akkumulátorok mennyisége korlátozott, és csak alacsony fogyasztású termékek érhetők el. És több alkalmazási forgatókönyvnek nagyobb az igénye a hatalmas teljesítményre. Emiatt a nem vékony filmes 3D rugalmas akkumulátorok forró piacot jelentenek. Például a jelenlegi népszerű nagy kapacitású rugalmas, nyújtható akkumulátor, amelyet a sziget hídszerkezete valósít meg. Ennek az akkumulátornak az elve az akkumulátorcsomag soros-párhuzamos felépítése. A nehézség a nagy vezetőképességben és a megbízható kapcsolatban rejlik az akkumulátorok, amelyek nyúlhatnak és meghajlhatnak, valamint a külső Protect csomag kialakítása között. Ennek az akkumulátortípusnak az az előnye, hogy nyúlhat, hajlítható és csavarható. Fordításkor csak a csatlakozó hajlítása nem befolyásolja magának az akkumulátornak az élettartamát. Nagy kapacitással (amperóra szint) és alacsony költséggel rendelkezik; hátránya, hogy a helyi puhasága nem olyan jó, mint egy ultravékony akkumulátoré. Legyen kicsi. Létezik egy origami szerkezet is, amely hajtogatással és hajlítással 2D-s papírt hajtogat különböző formára a 3D térben. Ezt az origami technológiát lítium-ion akkumulátorokra alkalmazzák, és az áramgyűjtőt, a pozitív elektródát, a negatív elektródát stb. különböző hajtási szögek szerint hajtják össze. Nyújtáskor és hajlításkor az akkumulátor a hajtogatási hatás miatt nagy nyomást bír ki és jó a rugalmassága. Nem befolyásolja a teljesítményt. Ezenkívül gyakran hullám alakú szerkezetet alkalmaznak, azaz hullám alakú nyújtható szerkezetet. Az aktív anyagot a hullám alakú fémoszlopra visszük fel, hogy nyújtható elektródát készítsünk. Az erre a szerkezetre épülő lítium akkumulátort sokszor nyújtották és hajlították. Továbbra is képes fenntartani a jó cikluskapacitást.

Az ultravékony akkumulátorokat általában vékony elektronikai termékekben, például elektronikus kártyákban használják, a nyomtatott akkumulátorokat általában egyszer használatos esetekben, például RFID-címkékben, a nagy kapacitású rugalmas akkumulátorokat pedig főként intelligens elektronikai termékekben, például órákban és mobiltelefonokban használják. amelyek nagy kapacitást igényelnek. Kiváló.

4. A rugalmas akkumulátorok versenyhelyzete

A rugalmas akkumulátorok piaca még csak kialakulóban van, a résztvevők főként hagyományos akkumulátorgyártók, technológiai óriáscégek és start-up cégek. Globálisan azonban jelenleg nincs domináns gyártó, és a cégek közötti szakadék sem nagy, alapvetően K+F stádiumban vannak.

Regionális szempontból a rugalmas akkumulátorokkal kapcsolatos jelenlegi kutatás és fejlesztés főként az Egyesült Államokra, Dél-Koreára és Tajvanra összpontosul, mint például az Imprint Energy az Egyesült Államokban, a Hui Neng Taiwan, az LG Chem Dél-Koreában stb. Technológiai óriások például az Apple, a Samsung és a Panasonic is aktívan alkalmaz rugalmas akkumulátorokat. A szárazföldi Kína bizonyos fejlesztéseket hajtott végre a papírakkumulátorok területén. A tőzsdén jegyzett cégek, például az Evergreen és a Jiulong Industrial tömegtermelést tudtak elérni. Több start-up is megjelent más műszaki irányban, mint például a Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., a Soft Electronics Technology és a Jizhan Technology. Ezzel párhuzamosan jelentős tudományos kutatóintézetek is új technológiai irányokat alakítanak ki.

Az alábbiakban röviden elemezzük és összehasonlítjuk a rugalmas akkumulátorok területén több jelentős fejlesztő termékeit és vállalati dinamikáját:

Tajvan Huineng

FLCB lágylemezes lítium kerámia akkumulátor

1. A szilárdtest lítium kerámia akkumulátor eltér a rendelkezésre álló lítium akkumulátorban használt folyékony elektrolittól. Még akkor sem szivárog, ha eltörik, megütik, kilyukad vagy megég, és nem fog lángra lobbanni, megégni vagy felrobbanni. Jó biztonsági teljesítmény
2. Ultravékony, a legvékonyabb elérheti a 0.38 mm-t
3. Az akkumulátor sűrűsége nem olyan magas, mint a lítium akkumulátoroké. A 33 mm-es34mmA 0.38 mm-es lítium kerámia akkumulátor kapacitása 10.5 mAh, energiasűrűsége pedig 91 Wh/L.
4. Nem rugalmas; csak hajlítható, nyújtani, összenyomni vagy csavarni nem lehet.

2018 második felében építse fel a világ első szilárdtest lítium kerámia akkumulátorokból álló szupergyárát.

Dél-Korea LG Chem

Kábel akkumulátor

1. Kiváló rugalmassággal rendelkezik, és bizonyos fokú nyújtást is kibír
2. Rugalmasabb, és nem kell olyan elektronikus berendezésekbe helyezni, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok. Bárhol elhelyezhető, és jól beilleszthető a terméktervezésbe.
3. A kábelakkumulátor kis kapacitással és magas gyártási költséggel rendelkezik
4. Még nincs energiatermelés

Impresszum Energy, USA

Cink polimer akkumulátor

1. Ultravékony, jó dinamikus hajlítási biztonsági teljesítmény
2. A cink kevésbé mérgező, mint a lítium akkumulátor, és biztonságosabb választás az emberen viselt eszközökhöz

Az ultravékony jellemzők korlátozzák az akkumulátor kapacitását, és a cink akkumulátor biztonsági teljesítménye még hosszú távú piaci ellenőrzést igényel. Hosszú termék átalakítási idő

Csatlakozzon a Semtechhez, hogy belépjen a dolgok internete területére

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papír elem

1. Szériában gyártották, és RFID-címkékben, orvosi és egyéb területeken használták

Testreszabható 2. A mérete, vastagsága és alakja a felhasználók igényei szerint történik, és beállíthatja az akkumulátor pozitív és negatív elektródáinak helyzetét.

1. A papírakkumulátor egyszeri használatra szolgál, nem tölthető újra
2. A teljesítmény kicsi, és a felhasználási forgatókönyvek korlátozottak. Csak RFID elektronikus címkékre, érzékelőkre, intelligens kártyákra, innovatív csomagolásokra stb. vonatkozhat.
3. 2018-ban fejezze be az Enfucell teljes tulajdonú felvásárlását Finnországban
4. 70-ban 2018 millió RMB finanszírozást kapott

HOPPT BATTERY

3D nyomtatási akkumulátor

1. Hasonló 3D nyomtatási eljárás és nanoszálerősítési technológia
2. A rugalmas lítium akkumulátor könnyű, vékony és rugalmas tulajdonságokkal rendelkezik

5. A rugalmas akkumulátorok jövőbeli fejlesztése

Jelenleg a flexibilis akkumulátoroknak még hosszú utat kell megtenniük az elektrokémiai teljesítménymutatókban, mint például az akkumulátor kapacitása, az energiasűrűség és a ciklus élettartama. A meglévő laboratóriumokban kifejlesztett akkumulátorok általában magas folyamatigényűek, alacsony gyártási hatékonysággal és magas költséggel rendelkeznek, amelyek nem alkalmasak nagyüzemi ipari termelésre. A jövőben a rugalmas elektródaanyagok és a kiváló átfogó teljesítményű szilárd elektrolitok keresése, az innovatív akkumulátorszerkezet-tervezés, valamint az új szilárdtest-akkumulátor-előkészítési eljárások kidolgozása jelenti az áttörést.

Emellett a jelenlegi akkumulátoripar legjelentősebb fájdalmas pontja az akkumulátor élettartama. Az előnyös pozíciót elérő akkumulátorgyártóknak a jövőben egyszerre kell megoldaniuk az akkumulátor-élettartam és a rugalmas gyártás problémáját. Új energiaforrások (például napenergia és bioenergia) vagy új anyagok (például grafén) alkalmazása várhatóan egyszerre oldja meg ezt a két problémát.

A flexibilis akkumulátorok a jövőben a fogyasztói elektronika aortáivá válnak. A belátható jövőben a technológiai áttörések a flexibilis akkumulátorok által képviselt rugalmas elektronika teljes területén elkerülhetetlenül óriási változásokat fognak hozni az upstream és a downstream iparágakban.