Pin linh hoạt - động mạch của thiết bị điện tử tiêu dùng trong tương lai

Với sự nâng cao của mức sống và sự phát triển của công nghệ, các thiết bị điện tử dẻo ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Sự tiến bộ của công nghệ điện tử linh hoạt có thể thay đổi sâu sắc hình thức sản phẩm trong y tế, thiết bị đeo được, Internet of Everything, và thậm chí cả robot, và có tiềm năng thị trường rộng lớn.

Với sự nâng cao của mức sống và sự phát triển của công nghệ, các thiết bị điện tử dẻo ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Sự tiến bộ của công nghệ điện tử linh hoạt có thể thay đổi sâu sắc hình thức sản phẩm trong y tế, thiết bị đeo được, Internet of Everything, và thậm chí cả robot, và có tiềm năng thị trường rộng lớn.

Nhiều công ty đã đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu và phát triển, lần lượt triển khai sớm công nghệ thế hệ tiếp theo và phát triển sản phẩm mới. Gần đây, điện thoại di động có thể gập lại đang trở thành một hướng đi được ưa chuộng. Gấp là bước đầu tiên để các sản phẩm điện tử chuyển từ độ cứng truyền thống sang tính linh hoạt.

Samsung Galaxy Fold và Huawei Mate X đã đưa điện thoại có thể gập lại ra mắt công chúng và thực sự mang tính thương mại, nhưng tất cả các giải pháp của họ đều chỉ mang tính bản lề một nửa. Mặc dù toàn bộ một phần của màn hình OLED dẻo được sử dụng, phần còn lại là Thiết bị không thể gập lại hoặc uốn cong. Hiện tại, yếu tố hạn chế thực sự đối với các thiết bị linh hoạt như điện thoại di động dẻo không còn là màn hình mà là sự đổi mới của các thiết bị điện tử dẻo, đặc biệt là pin dẻo. Pin cung cấp năng lượng thường chiếm phần lớn dung lượng của thiết bị, vì vậy nó cũng là phần thiết yếu nhất để đạt được độ mềm dẻo và khả năng uốn cong thực sự. Ngoài ra, các thiết bị đeo như đồng hồ thông minh và vòng đeo tay thông minh vẫn sử dụng pin cứng truyền thống, kích thước hạn chế, dẫn đến thời lượng pin thường bị hy sinh. Do đó, pin linh hoạt dung lượng lớn, có độ linh hoạt cao là một nhân tố mang tính cách mạng trong điện thoại di động có thể gập lại và thiết bị đeo.

1.Định nghĩa và lợi thế của pin linh hoạt

Pin linh hoạt thường đề cập đến pin có thể được uốn cong và sử dụng nhiều lần. Các đặc tính của chúng bao gồm có thể uốn cong, co dãn, gấp lại được và có thể uốn được; chúng có thể là pin lithium-ion, pin kẽm-mangan hoặc pin bạc-kẽm, hoặc thậm chí là Siêu tụ điện. Vì mỗi bộ phận của pin dẻo đều trải qua một số biến dạng nhất định trong quá trình gấp và kéo giãn, vật liệu và cấu trúc của từng bộ phận của pin dẻo phải duy trì hiệu suất sau nhiều lần gấp và kéo dài. Đương nhiên, các yêu cầu kỹ thuật trong lĩnh vực này là rất cao. Cao. Sau khi pin lithium cứng hiện tại bị biến dạng, hiệu suất của nó sẽ bị hư hỏng nghiêm trọng và thậm chí có thể xảy ra các mối nguy hiểm về an toàn. Do đó, pin dẻo yêu cầu vật liệu và thiết kế cấu trúc hoàn toàn mới.

So với pin cứng truyền thống, pin linh hoạt có khả năng thích ứng với môi trường cao hơn, chống va chạm và an toàn hơn. Hơn nữa, pin dẻo có thể làm cho các sản phẩm điện tử phát triển theo hướng tiện dụng hơn. Pin linh hoạt có thể giảm đáng kể chi phí và khối lượng của phần cứng thông minh, bổ sung các khả năng mới và cải thiện các khả năng hiện có, cho phép phần cứng sáng tạo và thế giới vật lý đạt được sự tích hợp sâu chưa từng có.

2. quy mô thị trường của pin linh hoạt

Ngành điện tử linh hoạt được coi là xu hướng phát triển lớn tiếp theo của ngành điện tử. Các yếu tố thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của nó là nhu cầu thị trường lớn và các chính sách quốc gia mạnh mẽ. Nhiều quốc gia nước ngoài đã xây dựng kế hoạch nghiên cứu về điện tử linh hoạt. Chẳng hạn như kế hoạch FDCASU của Hoa Kỳ, Dự án Chân trời của Liên minh Châu Âu, "Chiến lược Quốc gia CNTT Xanh Hàn Quốc" của Hàn Quốc, v.v., Quỹ Khoa học Tự nhiên của Trung Quốc trong Kế hoạch 12 năm lần thứ 13 và XNUMX của Trung Quốc cũng bao gồm điện tử linh hoạt như một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng của sản xuất micro-nano.

Ngoài việc tích hợp các vi mạch điện tử, vật liệu chức năng, sản xuất micro-nano và các lĩnh vực công nghệ khác, công nghệ điện tử linh hoạt còn bao gồm chất bán dẫn, đóng gói, thử nghiệm, dệt may, hóa chất, mạch in, bảng hiển thị và các ngành công nghiệp khác. Nó sẽ thúc đẩy một thị trường nghìn tỷ đô la và hỗ trợ các ngành Truyền thống nâng cao giá trị gia tăng của các ngành công nghiệp và mang lại những thay đổi mang tính cách mạng đối với cơ cấu công nghiệp và đời sống con người. Theo dự báo của các tổ chức có thẩm quyền, ngành công nghiệp điện tử linh hoạt sẽ đạt trị giá 46.94 tỷ USD vào năm 2018 và 301 tỷ USD vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm gần 30% từ năm 2011 đến năm 2028 và là xu hướng trong dài hạn. phát triển nhanh.

Pin linh hoạt - động mạch của điện tử tiêu dùng trong tương lai 〡 Bản gốc của Mizuki Capital
Hình 1: Chuỗi công nghiệp pin linh hoạt

Pin linh hoạt là một phần quan trọng của lĩnh vực điện tử linh hoạt. Chúng có thể được sử dụng trong điện thoại di động có thể gập lại, thiết bị đeo được, quần áo sáng màu, và các lĩnh vực khác và có nhu cầu thị trường rộng rãi. Theo báo cáo nghiên cứu về dự báo thị trường pin linh hoạt toàn cầu năm 2020 do Tạp chí Markets và Thị trường phát hành, đến năm 2020, thị trường pin linh hoạt toàn cầu dự kiến ​​đạt 617 triệu đô la Mỹ. Từ năm 2015 đến năm 2020, pin linh hoạt sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 53.68%. Tăng. Là một ngành hạ nguồn điển hình của pin linh hoạt, ngành thiết bị đeo được dự kiến ​​sẽ xuất xưởng 280 triệu chiếc vào năm 2021. Khi phần cứng truyền thống bước vào thời kỳ thắt cổ chai và các ứng dụng sáng tạo của công nghệ mới, thiết bị đeo mở ra một thời kỳ phát triển nhanh chóng mới. Sẽ có nhu cầu quy mô lớn đối với pin linh hoạt.

Tuy nhiên, ngành pin dẻo vẫn gặp nhiều thách thức, và vấn đề lớn nhất là vấn đề kỹ thuật. Ngành công nghiệp pin dẻo có rào cản gia nhập cao và nhiều vấn đề như vật liệu, cấu trúc và quy trình sản xuất cần được giải quyết. Hiện tại, rất nhiều công việc nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn phòng thí nghiệm, và có rất ít công ty có thể tiến hành sản xuất hàng loạt.

3. hướng kỹ thuật của pin linh hoạt

Hướng kỹ thuật để hiện thực hóa pin dẻo hoặc có thể co giãn chủ yếu là thiết kế các cấu trúc mới và vật liệu linh hoạt. Cụ thể, chủ yếu có ba loại sau:

3.1.Tin phim pin

Nguyên tắc cơ bản của pin màng mỏng là sử dụng cách xử lý siêu mỏng của vật liệu trong mỗi lớp pin để tạo điều kiện uốn cong và thứ hai, cải thiện hiệu suất chu trình bằng cách thay đổi vật liệu hoặc chất điện phân. Pin màng mỏng chủ yếu đại diện cho pin gốm lithium từ Huineng Đài Loan và pin polymer kẽm của Imprint Energy ở Hoa Kỳ. Ưu điểm của loại pin này là có thể uốn cong ở độ nhất định và siêu mỏng (<1mm); nhược điểm là CNTT không thể kéo dài nó, tuổi thọ giảm nhanh sau khi quay, công suất nhỏ (mức miliamp giờ) và giá thành cao.

3.2. Pin in (pin giấy)

Giống như pin màng mỏng, pin giấy là loại pin sử dụng màng mỏng làm chất mang. Sự khác biệt là một loại mực đặc biệt làm từ vật liệu dẫn điện và vật liệu nano carbon được phủ trên phim trong quá trình chuẩn bị. Đặc điểm của pin giấy in màng mỏng là mềm, nhẹ và mỏng. Mặc dù chúng có công suất thấp hơn so với pin màng mỏng, nhưng chúng thân thiện với môi trường hơn — thường là pin dùng một lần.

Pin giấy thuộc về thiết bị điện tử in và tất cả các thành phần hoặc bộ phận của chúng được hoàn thiện bằng phương pháp sản xuất in ấn. Đồng thời, các sản phẩm điện tử in là hai chiều và có đặc tính linh hoạt.

3.3. Pin thiết kế cấu trúc mới (pin linh hoạt dung lượng lớn)

Pin màng mỏng và pin in bị giới hạn bởi khối lượng và chỉ có thể đạt được những sản phẩm có công suất thấp. Và nhiều kịch bản ứng dụng hơn có nhu cầu nhiều hơn về sức mạnh to lớn. Điều này làm cho pin dẻo 3D không màng mỏng trở thành một thị trường “hot”. Ví dụ, loại pin linh hoạt dung lượng lớn, có thể co giãn phổ biến hiện nay được thực hiện nhờ cấu trúc cầu đảo. Nguyên tắc của pin này là cấu trúc song song nối tiếp của bộ pin. Khó khăn nằm ở độ dẫn điện cao và liên kết đáng tin cậy giữa các pin, có thể kéo dài và uốn cong, và bên ngoài Bảo vệ thiết kế của gói. Ưu điểm của loại pin này là có thể kéo dài, uốn cong, vặn xoắn. Khi xoay, chỉ bẻ cong đầu nối không ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Nó có công suất lớn (mức ampe-giờ) và giá thành rẻ; nhược điểm là độ mềm cục bộ không tốt bằng pin siêu mỏng. Hãy nhỏ nhẹ. Ngoài ra còn có cấu trúc gấp giấy origami, gấp giấy 2D chiều thành nhiều hình dạng khác nhau trong không gian 3D bằng cách gấp và uốn. Công nghệ origami này được áp dụng cho pin lithium-ion, và bộ thu dòng điện, điện cực dương, điện cực âm, v.v., được gấp theo các góc gấp khác nhau. Khi bị kéo căng và uốn cong, pin có thể chịu được nhiều áp lực do tác dụng gấp lại và có độ đàn hồi tốt. Sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất. Ngoài ra, họ thường áp dụng cấu trúc hình sóng, tức là cấu trúc co giãn hình sóng. Vật liệu hoạt động được áp dụng cho miếng cực kim loại hình sóng để tạo ra một điện cực co dãn. Pin lithium dựa trên cấu trúc này đã bị kéo dài và uốn cong nhiều lần. Nó vẫn có thể duy trì một công suất chu kỳ tốt.

Pin siêu mỏng thường được sử dụng trong các sản phẩm điện tử mỏng như thẻ điện tử, pin in thường được sử dụng trong các tình huống sử dụng một lần như thẻ RFID và pin linh hoạt dung lượng lớn chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm điện tử thông minh như đồng hồ và điện thoại di động yêu cầu công suất lớn. Thượng đẳng.

4. bối cảnh cạnh tranh của pin linh hoạt

Thị trường pin linh hoạt vẫn đang nổi lên và những người tham gia chủ yếu là các nhà sản xuất pin truyền thống, các ông lớn công nghệ và các công ty mới thành lập. Tuy nhiên, hiện không có nhà sản xuất thống trị trên toàn cầu và khoảng cách giữa các công ty không lớn, và về cơ bản họ đang trong giai đoạn R&D.

Từ góc độ khu vực, việc nghiên cứu và phát triển pin dẻo hiện nay chủ yếu tập trung ở Hoa Kỳ, Hàn Quốc và Đài Loan, chẳng hạn như Imprint Energy ở Hoa Kỳ, Hui Neng Taiwan, LG Chem ở Hàn Quốc, v.v. chẳng hạn như Apple, Samsung và Panasonic cũng đang tích cực triển khai pin linh hoạt. Trung Quốc đại lục đã có những bước phát triển nhất định trong lĩnh vực pin giấy. Các công ty niêm yết như Evergreen và Jiulong Industrial đã có thể đạt được sản xuất hàng loạt. Một số công ty khởi nghiệp cũng đã xuất hiện theo các hướng kỹ thuật khác, chẳng hạn như Công ty TNHH Công nghệ Xujiang Bắc Kinh, Công nghệ Điện tử mềm và Công nghệ Jizhan. Đồng thời, các tổ chức nghiên cứu khoa học quan trọng cũng đang phát triển các hướng công nghệ mới.

Sau đây sẽ phân tích và so sánh ngắn gọn các sản phẩm và động lực công ty của một số nhà phát triển lớn trong lĩnh vực pin linh hoạt:

Đài Loan Huineng

Pin gốm lithium tấm mềm FLCB

1. Pin gốm lithium thể rắn khác với chất điện phân lỏng được sử dụng trong pin lithium có sẵn. Nó sẽ không bị rò rỉ ngay cả khi nó bị vỡ, bị va đập, bị thủng hoặc bị cháy và sẽ không bắt lửa, cháy hoặc nổ. Hiệu suất an toàn tốt
2. Siêu mỏng, mỏng nhất có thể đạt 0.38 mm
3. Mật độ pin không cao như pin lithium. 33mm34mmPin gốm lithium 0.38mm có dung lượng 10.5mAh và mật độ năng lượng 91Wh / L.
4. Nó không linh hoạt; nó chỉ có thể được uốn cong, và không thể kéo dài, nén hoặc xoắn.

Trong nửa cuối năm 2018, xây dựng siêu nhà máy sản xuất pin gốm lithium thể rắn đầu tiên trên thế giới.

Hàn Quốc LG Chem

Pin cáp

1. Nó có tính linh hoạt tuyệt vời và có thể chịu được độ giãn nhất định
2. Nó linh hoạt hơn và không cần đặt bên trong thiết bị điện tử như pin lithium-ion truyền thống. Nó có thể được đặt ở bất cứ đâu và có thể được tích hợp tốt vào thiết kế của sản phẩm.
3. Pin cáp có dung lượng nhỏ và giá thành sản xuất cao
4. Chưa sản xuất năng lượng

Imprint Energy, Hoa Kỳ

Pin polyme kẽm

1. Siêu mỏng, hiệu suất an toàn uốn động tốt
2. Kẽm ít độc hơn pin lithium và là sự lựa chọn an toàn hơn cho thiết bị đeo trên người

Đặc điểm siêu mỏng hạn chế dung lượng pin, và hiệu suất an toàn của pin kẽm vẫn cần được thị trường kiểm tra lâu dài. Thời gian chuyển đổi sản phẩm dài

Chung tay cùng Semtech bước vào lĩnh vực Internet of Things

Công ty TNHH Điện tử In ấn Giang Tô Enfusai

Pin giấy

1. Đã được sản xuất hàng loạt và đã được sử dụng trong thẻ RFID, y tế và các lĩnh vực khác

Nó có thể tùy chỉnh 2. Kích thước, độ dày và hình dạng tùy theo nhu cầu của người dùng và nó có thể điều chỉnh vị trí của các điện cực âm và dương của pin.

1. Pin giấy chỉ sử dụng một lần và không thể sạc lại
2. Công suất nhỏ và các kịch bản sử dụng bị hạn chế. Nó chỉ có thể áp dụng cho thẻ điện tử RFID, cảm biến, thẻ thông minh, bao bì sáng tạo, v.v.
3. Hoàn thành việc mua lại Enfucell thuộc sở hữu hoàn toàn ở Phần Lan vào năm 2018
4. Đã nhận được 70 triệu RMB tài trợ trong năm 2018

HOPPT BATTERY

Pin in 3D

1. Quy trình in 3D tương tự và công nghệ gia cố sợi nano
2. Pin lithium linh hoạt có các đặc điểm nhẹ, mỏng và linh hoạt

5.Sự phát triển trong tương lai của pin linh hoạt

Hiện tại, pin linh hoạt vẫn còn một chặng đường dài phía trước trong các chỉ số hiệu suất điện hóa như dung lượng pin, mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ. Pin được phát triển trong các phòng thí nghiệm hiện tại thường có yêu cầu về quy trình cao, hiệu suất sản xuất thấp và giá thành cao, không phù hợp cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Trong tương lai, tìm kiếm vật liệu điện cực dẻo và chất điện phân rắn với hiệu suất toàn diện tuyệt vời, thiết kế cấu trúc pin sáng tạo và phát triển các quy trình điều chế pin thể rắn mới là những hướng đi đột phá.

Ngoài ra, điểm nhức nhối nhất của ngành pin hiện nay là thời lượng pin. Trong tương lai, các nhà sản xuất pin có thể đạt được vị thế thuận lợi phải giải quyết đồng thời vấn đề tuổi thọ pin và sản xuất linh hoạt. Việc ứng dụng các nguồn năng lượng mới (như năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học) hoặc vật liệu mới (như graphene) được kỳ vọng sẽ giải quyết đồng thời hai vấn đề này.

Pin dẻo đang trở thành động mạch chủ của ngành điện tử tiêu dùng trong tương lai. Trong tương lai gần, những đột phá công nghệ trong toàn bộ lĩnh vực điện tử linh hoạt được thể hiện bằng pin linh hoạt chắc chắn sẽ mang lại những thay đổi to lớn trong các ngành công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn.