Esnek pil - geleceğin tüketici elektroniğinin atardamarı

Yaşam standartlarının iyileştirilmesi ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte esnek elektronikler giderek daha fazla ilgi gördü. Esnek elektronik teknolojisinin ilerlemesi, sağlık, giyilebilirlik, Her Şeyin İnterneti ve hatta robotikte ürün biçimini derinden değiştirebilir ve geniş bir pazar potansiyeline sahiptir.

Yaşam standartlarının iyileştirilmesi ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte esnek elektronikler giderek daha fazla ilgi gördü. Esnek elektronik teknolojisinin ilerlemesi, sağlık, giyilebilirlik, Her Şeyin İnterneti ve hatta robotikte ürün biçimini derinden değiştirebilir ve geniş bir pazar potansiyeline sahiptir.

Birçok şirket, yeni nesil teknolojinin ve yeni ürün geliştirmenin erkenden devreye alınması için birbiri ardına çok sayıda araştırma ve geliştirmeye yatırım yaptı. Son zamanlarda katlanabilir cep telefonları tercih edilen bir yön haline geldi. Katlama, elektronik ürünlerin geleneksel sertlikten esnekliğe geçişinin ilk adımıdır.

Samsung Galaxy Fold ve Huawei Mate X, katlanabilir telefonları halkın görüşüne sundu ve gerçekten ticari, ancak çözümlerinin hepsi yarı yarıya menteşeli. Bir parça esnek OLED ekran kullanılmasına rağmen, gerisi cihaz katlanamaz veya bükülemez. Şu anda, esnek cep telefonları gibi esnek cihazlar için gerçek sınırlayıcı faktör artık ekranın kendisi değil, esnek elektroniklerin, özellikle esnek pillerin yeniliğidir. Enerji besleme bataryası genellikle cihazın hacminin çoğunu kaplar, bu nedenle aynı zamanda gerçek esneklik ve bükülebilirlik elde etmede en önemli kısımdır. Buna ek olarak, akıllı saatler ve akıllı bilezikler gibi giyilebilir cihazlar, boyut olarak sınırlı olan geleneksel sert pilleri kullanmaya devam ediyor ve bu da pil ömründen genellikle fedakarlık yapılmasına neden oluyor. Bu nedenle, büyük kapasiteli, yüksek esnekliğe sahip esnek piller, katlanabilir cep telefonlarında ve giyilebilir cihazlarda devrim niteliğinde bir faktördür.

1. Esnek pillerin tanımı ve avantajları

Esnek pil genellikle bükülebilen ve tekrar tekrar kullanılabilen pillere atıfta bulunur. Özellikleri bükülebilir, gerilebilir, katlanabilir ve bükülebilir; lityum-iyon piller, çinko-mangan piller veya gümüş-çinko piller ve hatta Süper kapasitör olabilirler. Esnek pilin her bir parçası, katlama ve gerdirme işlemi sırasında belirli bir deformasyona uğradığından, esnek pilin her bir parçasının malzemeleri ve yapısı, birkaç kat katlama ve gerdirmeden sonra performansı korumalıdır. Doğal olarak, bu alandaki teknik gereksinimler çok yüksektir. Yüksek. Mevcut katı lityum pil deformasyona uğradıktan sonra performansı ciddi şekilde zarar görecek ve hatta güvenlik tehlikeleri olabilir. Bu nedenle esnek piller, yepyeni malzemeler ve yapısal tasarımlar gerektirir.

Geleneksel sert pillerle karşılaştırıldığında, esnek piller daha yüksek çevresel uyarlanabilirliğe, çarpışma önleme performansına ve daha iyi güvenliğe sahiptir. Ayrıca esnek piller, elektronik ürünlerin daha ergonomik bir yönde gelişmesini sağlayabilir. Esnek piller, akıllı donanımın maliyetini ve hacmini önemli ölçüde azaltabilir, yeni yetenekler ekleyebilir ve mevcut yetenekleri iyileştirebilir, yenilikçi donanımın ve fiziksel dünyanın benzeri görülmemiş bir derin entegrasyon elde etmesini sağlar.

2. Esnek pillerin pazar büyüklüğü

Esnek elektronik endüstrisi, elektronik endüstrisinin bir sonraki büyük gelişme eğilimi olarak kabul edilir. Hızlı gelişiminin itici faktörleri, büyük pazar talebi ve güçlü ulusal politikalardır. Birçok yabancı ülke, esnek elektronikler için araştırma planları hazırlamıştır. ABD FDCASU planı, Avrupa Birliği'nin Ufuk Projesi, Güney Kore'nin "Kore Yeşil Bilişim Ulusal Stratejisi" vb. mikro nano üretim.

Elektronik devreleri, fonksiyonel malzemeleri, mikro-nano üretimi ve diğer teknoloji alanlarını entegre etmenin yanı sıra, esnek elektronik teknolojisi, yarı iletkenleri, paketlemeyi, testleri, tekstilleri, kimyasalları, baskılı devreleri, ekran panellerini ve diğer endüstrileri de kapsar. Trilyon dolarlık bir piyasayı yönlendirecek ve Geleneksel sektörlere, endüstrilerin katma değerini artırmada ve endüstriyel yapıya ve insan yaşamına devrim niteliğinde değişiklikler getirmede yardımcı olacaktır. Yetkili kuruluşların tahminlerine göre, esnek elektronik endüstrisi, 46.94'den 2018'e kadar yıllık yaklaşık %301'luk bir bileşik büyüme oranıyla 2028'de 30 milyar ABD Doları ve 2011'de 2028 milyar ABD Doları değerinde olacak ve uzun vadeli bir trend içinde. hızlı büyüme.

Esnek pil - geleceğin tüketici elektroniğinin atardamarı 〡 Mizuki Capital orijinal
Şekil 1: Esnek pil endüstrisi zinciri

Esnek pil, esnek elektronik alanının hayati bir parçasıdır. Katlanabilir cep telefonlarında, giyilebilir cihazlarda, parlak giysilerde ve diğer alanlarda kullanılabilirler ve geniş bir pazar talebine sahiptirler. Markets and Markets tarafından yayınlanan 2020 küresel esnek pil pazarı tahminine ilişkin bir araştırma raporuna göre, 2020 yılına kadar küresel esnek pil pazarının 617 milyon ABD dolarına ulaşması bekleniyor. 2015'ten 2020'ye kadar esnek pil, yıllık %53.68'lik bir bileşik büyüme oranıyla büyüyecek. Artırmak. Tipik bir esnek pil aşağı akış endüstrisi olarak, giyilebilir cihaz endüstrisinin 280'de 2021 milyon adet sevkiyat yapması bekleniyor. Geleneksel donanım bir darboğaz dönemine girerken ve yeni teknolojilerin yenilikçi uygulamaları, giyilebilir cihazlar yeni bir hızlı gelişme dönemini başlatıyor. Esnek piller için büyük ölçekli bir talep olacaktır.

Bununla birlikte, esnek pil endüstrisi hala birçok zorlukla karşı karşıyadır ve en büyük sorun teknik sorunlardır. Esnek pil endüstrisi, giriş için yüksek engellere sahiptir ve malzemeler, yapılar ve üretim süreçleri gibi birçok sorunun çözülmesi gerekmektedir. Şu anda pek çok araştırma çalışması henüz laboratuvar aşamasında ve seri üretim yapabilen çok az firma var.

3. Esnek pillerin teknik yönü

Esnek veya gerilebilir pilleri gerçekleştirmenin teknik yönü, esas olarak yeni yapıların ve esnek malzemelerin tasarımıdır. Spesifik olarak, öncelikle aşağıdaki üç kategori vardır:

3.1.İnce film pil

İnce film pillerin temel ilkesi, bükülmeyi kolaylaştırmak ve ikinci olarak malzemeyi veya elektroliti değiştirerek döngü performansını iyileştirmek için her pil katmanındaki malzemelerin ultra ince işlenmesini kullanmaktır. İnce film piller esas olarak Tayvan Huineng'den lityum seramik pilleri ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Imprint Energy'den çinko polimer pilleri temsil eder. Bu tür pillerin avantajı, belirli bir bükülme derecesi elde edebilmesi ve ultra ince (<1 mm) olmasıdır; dezavantajı ise IT'nin uzatamaması, dönüşten sonra ömrünün hızla azalması, kapasitenin küçük (miliamper-saat düzeyinde) ve maliyetinin yüksek olmasıdır.

3.2.Baskılı pil (kağıt pil)

İnce film piller gibi, kağıt piller de taşıyıcı olarak ince film kullanan pillerdir. Aradaki fark, hazırlama işlemi sırasında film üzerine iletken malzemelerden ve karbon nanomalzemelerden yapılmış özel bir mürekkebin kaplanmasıdır. İnce film baskılı kağıt pillerin özellikleri yumuşak, hafif ve incedir. İnce film pillerden daha düşük güce sahip olmalarına rağmen, daha çevre dostudurlar - genellikle tek kullanımlık pillerdir.

Kağıt piller basılı elektroniklere aittir ve bunların tüm bileşenleri veya parçaları baskı üretim yöntemleriyle tamamlanır. Aynı zamanda basılı elektronik ürünler iki boyutludur ve esnek özelliklere sahiptir.

3.3.Yeni yapı tasarımı pil (büyük kapasiteli esnek pil)

İnce film piller ve basılı piller hacimle sınırlıdır ve yalnızca düşük güçlü ürünler elde edebilir. Ve daha fazla uygulama senaryosu, muazzam güç için daha fazla talep yaratır. Bu, ince olmayan film 3D esnek pilleri sıcak bir pazar haline getirir. Örneğin, ada köprü yapısı tarafından gerçekleştirilen mevcut popüler büyük kapasiteli esnek, gerilebilir pil. Bu pilin prensibi, pil takımının seri-paralel yapısıdır. Zorluk, yüksek iletkenlik ve esneyip bükülebilen piller ile harici Protect paketinin tasarımı arasındaki güvenilir bağlantıda yatmaktadır. Bu tip pilin avantajı, esneyebilir, bükülebilir ve bükülebilir olmasıdır. Dönerken yalnızca konektörü bükmek pilin ömrünü etkilemez. Büyük bir kapasiteye (amper-saat seviyesinde) ve düşük maliyete sahiptir; dezavantajı, yerel yumuşaklığın ultra ince bir pil kadar iyi olmamasıdır. Küçük ol. 2D boyutlu kağıdı katlayıp bükerek 3D uzayda çeşitli şekillere katlayan bir origami yapısı da var. Bu origami teknolojisi, lityum iyon pillere uygulanır ve akım toplayıcı, pozitif elektrot, negatif elektrot vb. farklı katlama açılarına göre katlanır. Pil gerildiğinde ve büküldüğünde, katlama etkisinden dolayı çok fazla basınca dayanabilir ve iyi bir esnekliğe sahiptir. Performansı etkilemez. Ek olarak, genellikle dalga şeklinde bir yapıyı, yani dalga şeklinde gerilebilir bir yapıyı benimserler. Aktif malzeme, gerilebilir bir elektrot yapmak için dalga şeklindeki metal kutup parçasına uygulanır. Bu yapıya dayanan lityum pil, birçok kez esnetilmiş ve bükülmüştür. Yine de iyi bir döngü kapasitesini koruyabilir.

Ultra ince piller genellikle elektronik kartlar gibi ince elektronik ürünlerde kullanılır, basılı piller tipik olarak RFID etiketleri gibi tek kullanımlık senaryolarda kullanılır ve büyük kapasiteli esnek piller esas olarak saatler ve cep telefonları gibi akıllı elektronik ürünlerde kullanılır. büyük kapasite gerektirir. Üst.

4. Esnek pillerin rekabet ortamı

Esnek pil pazarı hala gelişmektedir ve katılımcı oyuncular çoğunlukla geleneksel pil üreticileri, teknoloji devleri ve yeni kurulan şirketlerdir. Ancak şu anda küresel olarak hakim bir üretici yok ve şirketler arasındaki fark büyük değil ve temelde Ar-Ge aşamasındalar.

Bölgesel bir bakış açısıyla, esnek pillerin mevcut araştırma ve geliştirmesi, Amerika Birleşik Devletleri'nde Imprint Energy, Güney Kore'de Hui Neng Tayvan, LG Chem vb. gibi esas olarak Amerika Birleşik Devletleri, Güney Kore ve Tayvan'da yoğunlaşmıştır. Teknoloji devleri Apple, Samsung ve Panasonic gibi şirketler de aktif olarak esnek piller kullanıyor. Anakara Çin, kağıt piller alanında belirli gelişmeler kaydetti. Evergreen ve Jiulong Industrial gibi borsaya kayıtlı şirketler seri üretime geçmeyi başardı. Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology ve Jizhan Technology gibi diğer teknik yönlerde de birkaç start-up ortaya çıktı. Aynı zamanda, önemli bilimsel araştırma kurumları da yeni teknolojik yönler geliştirmektedir.

Aşağıdakiler, esnek piller alanındaki birkaç büyük geliştiricinin ürünlerini ve şirket dinamiklerini kısaca analiz edecek ve karşılaştıracaktır:

Tayvan Huineng

FLCB yumuşak plaka lityum seramik pil

1. Katı hal lityum seramik pil, mevcut lityum pilde kullanılan sıvı elektrolitten farklıdır. Kırılsa, çarpsa, delinse veya yansa dahi sızdırmayacak, alev almayacak, yanmayacak veya patlamayacaktır. İyi güvenlik performansı
2. Ultra ince, en incesi 0.38 mm'ye ulaşabilir
3. Pil yoğunluğu, lityum pillerinki kadar yüksek değildir. 33mm34mm0.38 mm lityum seramik pil 10.5 mAh kapasiteye ve 91 Wh/L enerji yoğunluğuna sahiptir.
4. Esnek değildir; sadece bükülebilir ve esnetilemez, sıkıştırılamaz veya bükülemez.

2018'in ikinci yarısında, dünyanın ilk süper katı hal lityum seramik pil fabrikasını inşa edin.

Güney Kore LG Kimya

Kablo pili

1. Mükemmel esnekliğe sahiptir ve belirli bir derecede esnemeye dayanabilir.
2. Daha esnektir ve geleneksel lityum iyon piller gibi elektronik ekipmanların içine yerleştirilmesine gerek yoktur. Herhangi bir yere yerleştirilebilir ve ürün tasarımına iyi bir şekilde entegre edilebilir.
3. Kablo pilinin kapasitesi küçük ve üretim maliyeti yüksektir
4. Henüz enerji üretimi yok

Künye Enerji, ABD

çinko polimer pil

1. Ultra ince, iyi dinamik bükme güvenlik performansı
2. Çinko, lityum pillerden daha az toksiktir ve insanlara takılan ekipmanlar için daha güvenli bir seçimdir.

Ultra ince özellikler pil kapasitesini sınırlar ve çinko pilin güvenlik performansının hala uzun vadeli piyasa denetimine ihtiyacı vardır. Uzun ürün dönüştürme süresi

Nesnelerin İnterneti alanına girmek için Semtech ile el ele verin

Jiangsu Enfusai Baskı Elektroniği Co., Ltd.

Kağıt pil

1. Seri üretilmiş ve RFID etiketlerinde, medikal ve diğer alanlarda kullanılmıştır.

2'yi özelleştirebilir. Boyut, kalınlık ve şekil kullanıcıların ihtiyaçlarına göredir ve pilin pozitif ve negatif elektrotlarının konumunu ayarlayabilir.

1. Kağıt pil tek kullanımlıktır ve yeniden şarj edilemez
2. Güç küçüktür ve kullanım senaryoları sınırlıdır. Yalnızca RFID elektronik etiketleri, sensörler, akıllı kartlar, yenilikçi ambalajlar vb. için geçerli olabilir.
3. 2018'de Finlandiya'da Enfucell'in tamamına sahip olunan satın alma işlemini tamamlayın
4. 70'de 2018 milyon RMB finansman aldı

HOPPT BATTERY

3D yazıcı pili

1. Benzer 3D baskı süreci ve nanofiber güçlendirme teknolojisi
2. Esnek lityum pil, hafif, ince ve esnek özelliklere sahiptir.

5. Esnek pillerin gelecekteki gelişimi

Şu anda, esnek pillerin pil kapasitesi, enerji yoğunluğu ve çevrim ömrü gibi elektrokimyasal performans göstergelerinde kat etmesi gereken uzun bir yol var. Mevcut laboratuvarlarda geliştirilen piller genellikle büyük ölçekli endüstriyel üretim için uygun olmayan yüksek işlem gereksinimleri, düşük üretim verimliliği ve yüksek maliyete sahiptir. Gelecekte, mükemmel kapsamlı performans, yenilikçi pil yapısı tasarımı ve yeni katı hal pil hazırlama süreçlerinin geliştirilmesi ile esnek elektrot malzemeleri ve katı elektrolitler aramak çığır açan yönlerdir.

Ayrıca mevcut pil endüstrisinin en önemli ağrı noktası pil ömrüdür. Gelecekte avantajlı konuma gelebilen pil üreticileri, pil ömrü ve esnek üretim sorununu aynı anda çözmeli. Yeni enerji kaynaklarının (güneş enerjisi ve biyoenerji gibi) veya yeni malzemelerin (grafen gibi) uygulanmasının bu iki sorunu aynı anda çözmesi bekleniyor.

Esnek piller, gelecekte tüketici elektroniğinin aortu haline geliyor. Öngörülebilir gelecekte, esnek pillerle temsil edilen tüm esnek elektronik alanındaki teknolojik atılımlar, kaçınılmaz olarak yukarı ve aşağı endüstrilerde muazzam değişiklikler getirecektir.