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          深圳益芯微電子+電源管理專家/DCDC,LDO,LVD,鋰電池充電管理芯片,鋰電池充放電保護, Step-Up(Boost)
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          續航長、適折疊、抗破壞、耐高溫”柔性電池:全柔性智能時代的黑馬

          近日,科技圈一條關于京東方將量產柔性屏的新聞幾乎霸屏,熱點稱京東方宣布國內第一條柔性OLED面板生產線將在成都量產,且于當日向華為、小米、OPPO、vivo、惠普、華碩等十余家客戶交付了AMOLED柔性屏。

          最新涌現的壁紙式OLED(有機發光二極管)顯示板,將讓硬邦邦的玻璃屏幕說再見,并開啟柔性顯示技術新時代。柔性屏的跨越式發展,技術的飛速推進,是否能像用戶所期待的:新一代可折疊柔性智能手機及智能穿戴產品就已經全面來臨了呢?其實,一項技術的突破并不能代表整體突破,新產品的上市需經歷多方的反復試驗,只有各方面技術性能趨于成熟,才能達到量產上市。

          柔性智能穿戴設備及柔性智能手機同屬于電子產品,那么能正常為用戶提供服務則是最基本的要求。電源作為柔性電子產品的核心部件,電池的選擇直接影響著柔性電子產品的設計與功能。故而,柔性電池成為了新一代柔性產品最基本也是最核心的需求。

          下面,就一起走進新一代柔性電源的全新世界。

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          超薄鋅聚合電池:續航長、耐彎曲、可充電

          美國加利福尼亞的一家創業公司正在開發一種柔性可充電電池。此款電池可在常用工業絲網印刷機上進行廉價印刷。這個名為Imprint Energy的公司已在腕戴式設備上測試超薄鋅聚合電池,希望能將這種電池應用在可佩戴電子產品、智能手機、醫療產品、智能標簽和環境傳感器等新型電子產業。

          超薄鋅聚合電池在保證人體應用安全的同時,以小尺寸和柔性等特點,替換笨重鋰基電池不可能達到的設計要求。甚至在小格式中,這種電池也能為小功率無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分開。

          大多數筆記本電腦和智能手機使用的電池都包含金屬鋰,由于其高度反應性,必須通過增加尺寸和體積的方法來進行保護。

          雖然金屬鋅的穩定性更高,但傳統鋅電池中的水基電解質導致鋅形成樹枝晶、分枝狀結構,可從一個電極發展到另一個電極,造成短路。

          超薄鋅聚合電池基于該公司聯合創始人克莉絲汀·何(Christine Ho)開發了一種固體聚合物電解質,可避免此問題,并且還提高了穩定性,充電容量更大。

          該公司的聯合創始人及總裁布魯克斯·金凱(Brooks Kincaid)表示:這種電池結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優勢。由于金屬鋅的環境穩定性,可以為公司省去制作對氧敏感的鋰電池必需的防護設備。

          “當談論到限制新產品開發方面的事情時,這些天有兩件事最讓我頭疼,一是電池,二是產品展示”新器件集團副總裁說:“現有電池不到1000彎曲循環就出現災難性故障,而超薄鋅聚合電池卻能保持穩定?!?/p>

          最近,該公司開始研究由美國軍方資助的一個項目,為監測士兵健康狀況的傳感器開發電池。其他潛在應用包括為跟蹤食品和包裝的傳感器智能標簽供電等。

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          固態鋰陶瓷電池(LCB):耐高溫、受死折、抗破壞

          有別于一般鋰電池使用液態/膠態的電解液,LCB采用的是鋰陶瓷(Lithium-Ceramic) 的固態電解質,所以不用再考慮漏液問題。即使被死折、撞擊、穿刺、或火燒所破壞,LCB也不會起火、燃燒、或爆炸。

          一般來說,所有可充電鋰電池都會有保護電路,用以限制電壓并預防過充造成電池爆炸及過放造成電池不可逆的永久壞損。但LCB在沒有保護電路的防衛下,過充卻依然安全,并可繼續工作。

          來自臺灣的輝能科技公司主攻產品是柔性全固態電池。主要以下3種類型的LCB電池為生產方向: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、采用鋰金屬為負極材的LCB,則是:高能量鋰陶瓷電池(ELCB ),體積能量密度高達810Wh/L,目前尚在研發階段。


          作為輝能唯一量產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8年時間,研發出固態鋰陶瓷技術,搭配動態彎曲技能,已經成為全球唯一可彎曲軟式鋰陶瓷電池量產廠商。蘋果曾主動洽談合作,因為這種電池不必擔心剪、戳、敲等主動性危險動作、導致電池起火燃燒,而且超薄僅僅0.38mm,更可以動態彎曲,下一步輝能科技將打造建立全球第一個卷對卷生產模式。

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          柔性鈣鈦礦太陽能電池:柔性、質輕、光伏率高

          近期,中科院化學所宋延林研究員課題組和南昌大學陳義旺教授等合作,通過一種納米組裝-印刷的方式,大幅提高了柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和力學穩定性,使大尺寸柔性鈣鈦礦太陽能電池應用于可穿戴設備變得更加可行,也為研發新一代可穿戴電子設備提供了新的思路和方法。

          與傳統電源相比,金屬鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉換效率高、性能穩定、具備優異的耐彎折性能,是柔性可穿戴器件的重要突破,有望成為可穿戴電子設備理想的電源。但是,柔性器件的光電轉換效率大面積重現性低,彎折力學穩定性差,限制了鈣鈦礦太陽能電池的廣泛應用。

          然而解決易脆鈣鈦礦材料與柔性器件力學穩定性之間的矛盾,成為提高柔性鈣鈦礦太陽能電池性能的關鍵。近日,中科院化學所課題組的研究人員創造性地通過納米組裝-印刷方式,制備出蜂巢狀的微納米支架,并作為力學緩沖層和光學諧振腔,大幅提高了柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和力學穩定性。

          目前的主流平面鈣鈦礦太陽能電池結構,窗口界面層會消耗相當部分的入射光,不利于鈣鈦礦層的光吸收。相比平面型結構,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,可以充當光學諧振腔,對器件的光路進行調節,顯著提高入射光利用率,降低光的反射。研究發現,該光學諧振腔可以將光富集有效提高27%。

          當器件處于彎折狀態時,蜂巢狀納米支架能有效釋放鈣鈦礦晶界處的應力,從而提高鈣鈦礦層的力學穩定性。通過引入蜂巢狀納米支架,能將一平方厘米的柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率達12.32%。

          同時,這種納米組裝-印刷的方法,是納米綠色印刷技術在先進制造領域的新突破,對印刷制造大尺寸高性能柔性可穿戴鈣鈦礦太陽能電池具有重要意義。

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          全柔性新時代已來:柔性OLED+柔型電池+柔性芯片+柔性電路

          從市場的角度而言,其實每天都有許多的新技術、新產品被開發,但是最終這些產品和技術能否量產并在市場上占據一定份額,還要綜合考慮其成本、批量生產、用戶熱度、資金投入等相關問題。

          目前,柔性電源產業發展旺盛,前景喜人。但離最終量產并且占據市場份額還要經歷很多的坎坷。單從技術角度出發,柔性電池領域一定要配合相關產業的發展方向,相互協調,加強溝通,互相關聯才能真正的將產業做大做強。

          如今,可彎曲的OLED 屏幕取得里程碑式的進展,技術方面將不斷成熟,已被市場認可,可彎曲化成為屏幕發展的必然趨勢。其次,在可彎曲的玻璃面板領域: 康寧以可彎曲的玻璃蓋板打開局面。同時IBM 已經將柔性納米級電路研制成功。外加柔性電源領域的技術不斷成熟,性能不斷穩定、產品不斷完善,各產業相互配合,新型柔性電子設備即將不再是科幻電影中的產物,一個全柔性產業鏈即將形成,全柔性新時代已經到來。(作者:李楠)


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