Paindlik aku – tarbeelektroonika arter tulevikus

Elatustaseme paranemise ja tehnoloogia arenguga on järjest rohkem tähelepanu pööratud paindlikule elektroonikale. Paindliku elektroonikatehnoloogia areng võib põhjalikult muuta tootevormi tervise, kantavate, kõige Interneti ja isegi robootika valdkonnas ning sellel on tohutu turupotentsiaal.

Elatustaseme paranemise ja tehnoloogia arenguga on järjest rohkem tähelepanu pööratud paindlikule elektroonikale. Paindliku elektroonikatehnoloogia areng võib põhjalikult muuta tootevormi tervise, kantavate, kõige Interneti ja isegi robootika valdkonnas ning sellel on tohutu turupotentsiaal.

Paljud ettevõtted on investeerinud palju teadus- ja arendustegevusse, üksteise järel järgmise põlvkonna tehnoloogia varasesse kasutuselevõttu ja uute toodete arendusse. Viimasel ajal on eelistatud suunaks kokkupandavad mobiiltelefonid. Voltimine on esimene samm, et elektroonikatooted nihkuksid traditsiooniliselt jäigalt paindlikkusele.

Samsung Galaxy Fold ja Huawei Mate X on toonud kokkupandavad telefonid avalikkuse ette ja on tõeliselt kommertslikud, kuid nende lahendused on kõik pooleks. Kuigi kasutusel on terve tükk painduvat OLED-ekraani, siis ülejäänu on Seadet ei saa kokku voltida ega painutada. Praegu ei ole paindlike seadmete, nagu paindlike mobiiltelefonide, tegelik piirav tegur enam ekraan ise, vaid paindliku elektroonika, eriti painduvate akude innovatsioon. Toiteaku hõivab sageli suurema osa seadme mahust, seega on see ka tõelise paindlikkuse ja painduvuse saavutamisel kõige tõenäolisem oluline osa. Lisaks kasutavad kantavad seadmed, nagu nutikellad ja nutikad käevõrud, endiselt traditsioonilisi jäiku akusid, mille suurus on piiratud, mistõttu aku kasutusiga sageli ohverdatakse. Seetõttu on kokkupandavates mobiiltelefonides ja kantavates seadmetes revolutsiooniliseks teguriks suure võimsusega ja paindlikud painduvad akud.

1. Painduvate patareide mõiste ja eelised

Paindlik aku viitavad üldiselt patareidele, mida saab painutada ja korduvalt kasutada. Nende omadused on painduvad, venitatavad, kokkupandavad ja keeratavad; need võivad olla liitiumioonakud, tsink-mangaan akud või hõbe-tsink akud või isegi superkondensaatorid. Kuna painduva aku iga osa läbib voltimis- ja venitusprotsessi käigus teatud deformatsiooni, peavad painduva aku iga osa materjalid ja struktuur säilitama jõudluse pärast mitut voltimist ja venitamist. Loomulikult on tehnilised nõuded selles valdkonnas väga kõrged. Kõrge. Pärast seda, kui praegune jäik liitiumaku deformeerub, kahjustatakse selle jõudlust tõsiselt ja sellega võivad kaasneda isegi ohud. Seetõttu vajavad painduvad akud täiesti uusi materjale ja konstruktsioonilahendusi.

Võrreldes traditsiooniliste jäikade akudega on paindlikel akudel parem keskkonnaga kohanemisvõime, kokkupõrkevastane jõudlus ja parem ohutus. Lisaks võivad painduvad akud panna elektroonikatooted arenema ergonoomilisemas suunas. Paindlikud akud võivad märkimisväärselt vähendada intelligentse riistvara kulusid ja mahtu, lisada uusi võimalusi ja täiustada olemasolevaid võimalusi, võimaldades uuenduslikul riistvaral ja füüsilisel maailmal saavutada enneolematult sügav integratsioon.

2. Paindlike patareide turu suurus

Paindlikku elektroonikatööstust peetakse elektroonikatööstuse järgmiseks suuremaks arengutrendiks. Selle kiire arengu tõuketegurid on tohutu turunõudlus ja jõuline riiklik poliitika. Paljud välisriigid on juba koostanud paindliku elektroonika uurimisplaanid. Nagu USA FDCASU plaan, Euroopa Liidu projekt Horizon, Lõuna-Korea "Korea rohelise IT riiklik strateegia" ja nii edasi, hõlmab Hiina loodusteaduste fondi Hiina 12. ja 13. viie aasta plaan ka paindlikku elektroonikat kui olulist uurimisvaldkonda. mikro-nano tootmine.

Lisaks elektroonikalülituste, funktsionaalsete materjalide, mikro-nanotootmise ja muude tehnoloogiavaldkondade integreerimisele hõlmab paindlik elektroonikatehnoloogia ka pooljuhte, pakendeid, katsetamist, tekstiili, kemikaale, trükiskeeme, kuvapaneele ja muid tööstusharusid. See juhib triljoni dollari suurust turgu ja aitab traditsioonilistel sektoritel suurendada tööstuse lisandväärtust ning tuua revolutsioonilisi muutusi tööstusstruktuuris ja inimelus. Autoriteetsete organisatsioonide prognooside kohaselt on paindliku elektroonikatööstuse väärtus 46.94. aastal 2018 miljardit USA dollarit ja 301. aastal 2028 miljardit USA dollarit ning aastane liitkasv aastatel 30–2011 on peaaegu 2028% ning see on pikaajalise trendiga. kiire kasv.

Paindlik aku – tarbeelektroonika arter tulevikus 〡 Mizuki Capitali originaal
Joonis 1: Paindlik akutööstuse kett

Paindlik aku on paindliku elektroonika valdkonna oluline osa. Neid saab kasutada kokkupandavates mobiiltelefonides, kantavates seadmetes, heledates rõivastes ja muudes valdkondades ning neil on lai turunõudlus. Marketsi ja turgude 2020. aasta globaalse paindliku aku turu prognoosi uuringuaruande kohaselt peaks 2020. aastaks ülemaailmne paindlik akude turg ulatuma 617 miljoni USA dollarini. Aastatel 2015–2020 kasvab paindlik aku aastase kasvumääraga 53.68%. Suurendama. Painduvate akude tüüpilise tootmisharuna tarnib kantavate seadmete tööstus 280. aastal eeldatavasti 2021 miljonit ühikut. Kuna traditsiooniline riistvara siseneb kitsaskoha perioodi ja uute tehnoloogiate uuenduslikud rakendused, avavad kantavad seadmed uue kiire arengu perioodi. Painduvate akude järele tekib suur nõudlus.

Paindlikul akutööstusel on aga endiselt palju väljakutseid ja suurimaks probleemiks on tehnilised probleemid. Paindlikul akutööstusel on turule sisenemisel kõrged tõkked ja paljud probleemid, nagu materjalid, struktuurid ja tootmisprotsessid, vajavad lahendamist. Praegu on suur osa uurimistööst alles laboratoorses staadiumis ja masstootmist teostavaid ettevõtteid on väga vähe.

3. Painduvate patareide tehniline suund

Painduvate või venitatavate akude realiseerimise tehniline suund on peamiselt uute konstruktsioonide ja painduvate materjalide projekteerimine. Täpsemalt on peamiselt kolm järgmist kategooriat:

3.1.Õhuke kileaku

Õhukese kilega akude põhiprintsiip on kasutada igas akukihis olevate materjalide üliõhukest töötlust, et hõlbustada painutamist ja teiseks parandada tsükli jõudlust materjali või elektrolüüdi muutmise kaudu. Õhukese kilega akud esindavad peamiselt Taiwani Huinengi liitiumkeraamilisi akusid ja Ameerika Ühendriikide ettevõtte Imprint Energy tsinkpolümeerakusid. Seda tüüpi aku eeliseks on see, et see suudab saavutada teatud painutusastme ja on üliõhuke (<1mm); miinuseks on see, et IT ei saa venitada, eluiga kahaneb peale keeramist kiiresti, võimsus on väike (milliampertunni tase) ja kulu kõrge.

3.2. Prinditud aku (paberpatarei)

Sarnaselt õhukese kilega akudele on paberpatareid akud, mis kasutavad kandjana õhukest kilet. Erinevus seisneb selles, et ettevalmistusprotsessi käigus kaetakse kilele spetsiaalne juhtivatest materjalidest ja süsiniknanomaterjalidest valmistatud tint. Õhukesele prinditud paberpatareide omadused on pehmed, kerged ja õhukesed. Kuigi neil on väiksem võimsus kui õhukesekilega akudel, on need keskkonnasõbralikumad – tavaliselt ühekordselt kasutatavad akud.

Paberpatareid kuuluvad trükielektroonika alla ja kõik nende komponendid või osad valmivad trükitootmismeetoditega. Samal ajal on trükitud elektroonikatooted kahemõõtmelised ja paindlike omadustega.

3.3. Uue struktuuriga aku (suure võimsusega painduv aku)

Õhukese kilega akud ja prinditud patareid on mahult piiratud ja nendega saab saavutada ainult väikese võimsusega tooteid. Ja rohkematel rakendusstsenaariumidel on suurem nõudlus tohutu võimsuse järele. See muudab mitteõhukese kilega 3D painduvad akud kuumaks turuks. Näiteks praegune populaarne suure mahutavusega painduv veniv aku, mis on realiseeritud saare sillakonstruktsiooniga. Selle aku põhimõte seisneb akupaki järjestikuses paralleelses struktuuris. Raskus seisneb suures juhtivuses ja usaldusväärses ühenduses akude, mis võivad venida ja painduda, ning välise Protect-pakendi disaini vahel. Seda tüüpi aku eeliseks on see, et see võib venida, painutada ja väänata. Pööramisel ainult pistiku painutamine ei mõjuta aku enda eluiga. Sellel on suur võimsus (ampertunni tase) ja madal hind; miinuseks on see, et kohalik pehmus pole nii hea kui üliõhukesel akul. Ole väike. Samuti on olemas origami struktuur, mis voltimise ja painutamise teel voldib 2D-mõõtmelise paberi 3D-ruumis erinevateks kujunditeks. Seda origami tehnoloogiat rakendatakse liitium-ioonakudele ja voolukollektor, positiivne elektrood, negatiivne elektrood jne volditakse erinevate voltimisnurkade järgi. Venitades ja painutades talub aku voltimisefekti tõttu suurt survet ja on hea elastsusega. Ei mõjuta jõudlust. Lisaks kasutavad nad sageli lainekujulist struktuuri, st lainekujulist venitatavat struktuuri. Aktiivne materjal kantakse venitatava elektroodi valmistamiseks lainekujulisele metallpooluse detailile. Sellel struktuuril põhinevat liitiumakut on mitu korda venitatud ja painutatud. See suudab endiselt säilitada head tsüklivõimet.

Üliõhukesi patareisid kasutatakse tavaliselt õhukestes elektroonikatoodetes, nagu elektroonilised kaardid, trükitud akusid kasutatakse tavaliselt ühekordselt kasutatavates stsenaariumides, nagu RFID-märgised, ja suure mahutavusega painduvaid akusid kasutatakse peamiselt intelligentsetes elektroonikatoodetes, nagu kellad ja mobiiltelefonid. mis nõuavad suurt võimsust. Superior.

4. Paindlike patareide konkurentsikeskkond

Paindlik akude turg on alles kujunemas ning selles osalevad peamiselt traditsioonilised akutootjad, tehnoloogiagigandid ja idufirmad. Globaalselt aga domineerivat tootjat hetkel ei ole ning ettevõtete vaheline lõhe pole suur ning nad on põhimõtteliselt uurimis- ja arendustegevuse staadiumis.

Piirkondlikust vaatenurgast on praegune painduvate akude uurimis- ja arendustegevus koondunud peamiselt USA-sse, Lõuna-Koreasse ja Taiwanisse, nagu näiteks Imprint Energy Ameerika Ühendriikides, Hui Neng Taiwan, LG Chem Lõuna-Koreas jne. Tehnoloogiahiiglased nagu Apple, Samsung ja Panasonic võtavad samuti aktiivselt kasutusele paindlikud akud. Mandri-Hiina on paberpatareide valdkonnas teinud teatud arenguid. Börsil noteeritud ettevõtted nagu Evergreen ja Jiulong Industrial on suutnud saavutada masstootmise. Mitmed idufirmad on tekkinud ka teistes tehnilistes suundades, nagu Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology ja Jizhan Technology. Samal ajal arendavad märkimisväärsed teaduslikud uurimisasutused ka uusi tehnoloogilisi suundi.

Järgnevalt analüüsitakse ja võrreldakse lühidalt mitmete painduvate akude valdkonna suuremate arendajate tooteid ja ettevõtte dünaamikat:

Taiwan Huineng

FLCB pehme plaadiga liitiumkeraamiline aku

1. Tahkis-liitiumaku keraamiline aku erineb saadaolevas liitiumaku vedelast elektrolüüdist. See ei leki isegi siis, kui see on purunenud, saanud löögi, torgata või põlenud, ega sütti, ei põle ega plahvata. Hea ohutusnäitaja
2. Üliõhuke, kõige õhem võib ulatuda 0.38 mm-ni
3. Aku tihedus ei ole nii kõrge kui liitiumakudel. 33 mm34mm0.38 mm liitiumaku keraamiline aku mahutavus on 10.5 mAh ja energiatihedus 91 Wh/L.
4. See ei ole paindlik; seda saab ainult painutada ja seda ei saa venitada, kokku suruda ega väänata.

2018. aasta teisel poolel ehitage maailma esimene tahkis-liitiumkeraamiliste akude supertehas.

Lõuna-Korea LG Chem

Kaabli aku

1. Sellel on suurepärane painduvus ja see talub teatud määral venitamist
2. See on paindlikum ja seda ei pea paigutama elektroonikaseadmetesse nagu traditsioonilised liitium-ioonakud. Seda saab paigutada kõikjale ja seda saab hästi integreerida toote disaini.
3. Kaabli aku on väikese mahutavusega ja kõrge tootmiskuluga
4. Energiatootmine veel puudub

Imprint Energy, USA

Tsinkpolümeer aku

1. Üliõhuke, hea dünaamilise paindeohutusvõime
2. Tsink on vähem toksiline kui liitiumakud ja see on inimeste peal kantavate seadmete jaoks ohutum valik

Üliõhukesed omadused piiravad aku mahtuvust ja tsinkpatarei ohutus vajab veel pikaajalist turukontrolli. Pikk toote teisendusaeg

Asjade Interneti valdkonda sisenemiseks ühendage käed Semtechiga

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Paberist aku

1. On toodetud masstoodanguna ja seda on kasutatud RFID-siltide, meditsiini ja muudes valdkondades

Seda saab kohandada 2. Suurus, paksus ja kuju vastavad kasutajate vajadustele ning see saab reguleerida aku positiivsete ja negatiivsete elektroodide asukohta.

1. Paberaku on ühekordseks kasutamiseks ja seda ei saa laadida
2. Võimsus on väike ja kasutusstsenaariumid on piiratud. Seda saab kohaldada ainult RFID elektrooniliste siltide, andurite, kiipkaartide, uuenduslike pakendite jms kohta.
3. Viige Enfucelli 2018% omanduses olev omandamine Soomes lõpule XNUMX. aastal
4. 70. aastal rahastati 2018 miljonit RMB

HOPPT BATTERY

3D printimise aku

1. Sarnane 3D-printimise protsess ja nanokiudude tugevdamise tehnoloogia
2. Paindliku liitiumaku omadused on kerged, õhukesed ja painduvad

5. Painduvate patareide edasine areng

Praegu on paindlikel akudel veel pikk tee elektrokeemiliste toimivusnäitajate osas, nagu aku mahutavus, energiatihedus ja tsükli eluiga. Olemasolevates laborites välja töötatud patareidel on üldiselt kõrged protsessinõuded, madal tootmistõhusus ja kõrge hind, mis ei sobi suuremahuliseks tööstuslikuks tootmiseks. Tulevikus on läbimurdesuunad paindlike elektroodimaterjalide ja tahkete elektrolüütide otsimine suurepärase tervikliku jõudlusega, uuendusliku aku struktuuri disainiga ja uute tahkisakude ettevalmistusprotsesside väljatöötamisega.

Lisaks on praeguse akutööstuse kõige olulisem valupunkt aku eluiga. Edaspidi peavad soodsat positsiooni saavutavad akutootjad lahendama aku eluea ja paindliku tootmise probleemi korraga. Uute energiaallikate (nagu päikeseenergia ja bioenergia) või uute materjalide (nagu grafeen) rakendamine lahendab eeldatavasti need kaks probleemi üheaegselt.

Paindlikest akudest on tulevikus saamas olmeelektroonika aort. Nähtavas tulevikus toovad tehnoloogilised läbimurded kogu painduvate akude esindatavas paindliku elektroonika valdkonnas paratamatult kaasa tohutuid muutusi eelnevates ja järgnevates tööstusharudes.