Несмотря на достижения аккумуляторной промышленности, как то литиевые аккумуляторы любой формы и любых желаемых размеров, прогресс в данной области не стоит на месте, и вот на очереди следующее новшество – гибкий аккумулятор.
Это аккумулятор на основе эластичного полимера. Если с сжиженным электролитом могли возникнуть проблемы, связанные с безопасностью из-за разрушения разделительной пленки при нагревании в процессе работы, то в случае с полимером стабильность материалов весьма и весьма высока, утверждают специалисты из Ульсанского Национального института науки и технологий Южной Кореи.
Еще один вид гибких аккумуляторов, которые можно будет просто печатать на специальном принтере, предлагает калифорнийская компания Imprint Energy.
Фирма намерена использовать в своем новшестве цинк вместо традиционного лития.
Цинк-полимерные гибкие аккумуляторные батареи можно будет с успехом использовать в носимой миниатюрной медицинской электронике и в автономных сенсорах.
Применение цинка сделает аккумуляторы более компактными, ведь цинк не реагирует с окружающей средой так, как реагирует литий, и его можно не защищать корпусом, а само производство будет совершенно безопасным.
Кроме того, эти аккумуляторы могут выдерживать, не теряя высоких характеристик, более тысячи циклов заряда-разряда.
Такие гибкие и безопасные аккумуляторы смогут также с успехом применяться в имплантируемой электронике.
В свою очередь, крупнейшая корейская химическая компания LG Chemical, один из лидеров по производству литий-ионных аккумуляторов в мире, член корпорации LG, недавно представила потребителям литий-ионный аккумулятор абсолютно нового типа. Новинка с виду очень похожа на кусок обычного электрического кабеля, диаметром около трех миллиметров и длиной 25 сантиметров.
Устройство такое гибкое, что легко может быть завязано в узел. Его можно носить в качестве браслета, и при необходимости можно изготовить даже ткань из таких батарей.
Химически аккумулятор работает как любой литий-ионный собрат. У него, как у любого подобного аккумулятора, имеется анод, катод из окиси лития-кобальта и электролит. Однако компоненты расположены не плоскими слоями, а в форме гибких спиралей, похожих на длинные тонкие пружины.
Многожильный медный электрод, выполненный из меди, покрытой сплавом олова и никеля, выступает в качестве катода. Этот многожильный провод наматывается вокруг стального стержня, диаметр которого полтора миллиметра, и, по завершении намотки, стержень убирается. Анод, обладающий невероятной гибкостью готов.
Поверх спирали анода укладывается аналогичным образом алюминиевая лента, затем вся конструкция протягивается через суспензию окиси лития-кобальта, которая, покрыв поверхность алюминия, становится катодом. После этого получившийся шнур помещают в защитную обертку, и через полость, что остается в центре, наполняют жидким электролитом, и это завершающая стадия создания гибкой аккумуляторной батареи.
Гибкие аккумуляторные батареи, которые создавались до этого, представляли собой традиционные плоские формы, изготовленные из гибких полимерных материалов. Такие батареи имели низкую плотность хранения энергии, и не могли изгибаться более, чем могла изогнуться основа из пластика.
У аккумуляторов кабельного типа, предлагаемых LG Chem, имеются аналогичные рабочее напряжение и плотность хранения энергии, как и у традиционных литий-ионных аккумуляторных батарей, однако преимущество в тонкости и гибкости, а это позволит реализовывать совершенно фантастические вещи.
При проведении тестов с кабельной аккумуляторной батареей, специалисты компании LG Chem убедились в том, что отрезок кабеля-батареи, длиной в 25 сантиметров, в состоянии снабжать электрической энергией флеш-плеер без дисплея непрерывно в течение 10 часов. Целью компании является массовое производство кабельных аккумуляторов разных размеров уже к середине 2017 года.
Перспективы применения здесь просто неограниченны, ведь, как уже отмечалось, аккумуляторы всюду используются в современном мире, а прогресс с каждым разом намечает все новые и новые пути развития множества технологий, начиная портативной электроникой, и заканчивая высокотехнологичными космическими аппаратами, военной техникой и медицинскими приборами, спасающими жизни.
Аккумуляторные батареи на гибкой перемычке — ООО «ТД Елхим-Искра»
С января 2019 года завод Елхм-Искра перешел на производство аккумуляторных батарей на гибкой перемычке.
Гибкие медные перемычки с болтовым соединением
В сравнении с жёсткими свинцовыми перемычками, гибкие медные перемычки являются более надежными и удобными в эксплуатации. При правильном подборе сечения самих перемычек сопротивление тока даже лучше. Одна такая перемычка состоит из многожильного медного кабеля изолированного в силиконовую кислостойкую оболочку, на концах с отверстиями под болт.
Благодаря гибкой основе перемычки способны выдерживать вибрации при работе погрузчиков, а также передвижения по неровной поверхности без повреждения аккумуляторной батареи в частях соединения аккумуляторов.
При работе погрузчика на аккумуляторной батарее с гибкими перемычками, периодически рекомендуем проверять соединения и при необходимости подтягивать. В этом заключается единственное неудобство эксплуатации.
Преимущество гибких перемычек ещё и в том, что для отсоединения в батарее одного аккумулятора, вышедшего из строя, не требуется прибегать к специализированному сервису или сварке, так как вся процедура занимает от силы 5-10 минут и заключается в том, что Вы сами сможете динамометрическим ключом открутить и после замены на новый аккумулятор также закрутить болты перемычки. В случае со сварными перемычками решение подобной задачи может растянуться на несколько дней.
CES 2019: Показана первая гибкая батарея
Дальнейшему развитию мобильных и носимых устройств в значительной мере препятствует жесткость аккумуляторов.
Чтобы расположить их, в корпусе устройства необходимо выделить совершенно определенное пространство и это мешает более эстетически привлекательному и инновационному дизайну. О гибких батареях сообщалось и раньше, но им не хватало мощности.
Предложенное компанией Jenax техническое решение может найти себе применение во множестве категорий современных устройств, а не только в смартфонах и умных часах. Более того, оно весьма полезно для эпохи 5G.
Южнокорейская технологическая компания Jenax заявляет, что ее новая гибкая батарея является первым в мире подобным продуктом и способна преобразовать носимые устройства и Интернет вещей. J.
Flex — так официально называется новая технология, которая дебютировала в предшествии Consumer Electronics Show, самые впечатляющие анонсы которой будут рассматриваться в Telegram-канале. Доминик Босняк (Dominik Bosnjak) на страницах androidheadlines.
com отмечает, что Jenax собирается использовать возможности, предоставляемые выставкой, которая пройдет в Лас-Вегасе, чтобы показать более широкой публике свою великолепную разработку.
J.Flex от Jenax — гибкие батареи
Более подробно система J.Flex будет рассматриваться 9 января 2019 года на Digital Health Summit, являющемся важнейшей составляющей CES 2019. Первое поколение нового технического решения компании разработано специально для медицинских устройств, но также подходит и для электроники потребительского класса, в том числе смартчасов. Несмотря на инновационную сгибаемую конструкцию, в новой батарее используются все те же литий-ионные ячейки, что означает не слишком большое повышение себестоимости в сравнении с затратами на производство уже существующих батарей. Новый форм-фактор аккумулятора позволит вендорам предлагать на рынке устройства с более элегантным дизайном, поскольку современные батареи все равно предполагают некоторую громоздкость.
Новые батареи позволят производителям носимых устройств сосредоточить свое внимание преимущественно на удобстве своих продуктов.
Презентация Jenax на CES 2019 станет сопровождаться также выступлениями представителей Philips, Abbott и Johnson & Johnson — компаний, которые известны значительными инвестициями ресурсов в цифровые технологии для здоровья. Впрочем, это еще не является гарантией применения компаниями технологии J.Flex.
Технология от Jenax может оказаться полезной и для современных смартфонов. Samsung собирается выпустить сгибаемый телефон и, согласно появлявшимся сообщениям, одним из компонентов новинки станет инновационная гибкая батарея. Таким образом, J.Flex может оказаться подобна той технологии, которая разработана и станет производиться Samsung SDI.
Сворачиваемые в рулон гибкие батареи не являются абсолютно невиданным концептом. Samsung еще примерно пять лет назад показывала прототипы чего-то подобного, но этот форм-фактор не был способен обеспечивать питание устройств более сложных, чем фитнес-трекеры.
Рассматриваемая технология может найти себе применение не только в мобильных и носимых устройствах, а также в оборудовании Интернета вещей. Новые батареи могут оказаться полезны также и в ноутбуках, позволяя конструкторам сосредоточиться на аппаратном обеспечении, поскольку аккумулятор можно будет расположить практически как угодно.
Какая задача 5G-эпохи не решается гибким аккумулятором
Даже смартфоны, которые не относятся к сгибаемым, тоже выиграют от новой технологии. Ведь конструкторам еще предстоит немало подумать над расположением 5G-антенн для сетей нового поколения, что оставляет меньше места для батареи. Впрочем, новый концепт так и не решает еще одну важную задачу, стоящую перед инженерами, которая состоит в том, что 5G предполагает более сильный нагрев.
Panasonic представила гибкий аккумулятор
Panasonic Corporation
Panasonic разработала эластичный литий-ионный аккумулятор, который сохраняет работоспособность после многократного сгибания и скручивания. Об этом сообщается на сайте компании.
На сегодняшний день разработкой гибких гаджетов, в том числе носимых устройств, занимаются многие компании.
В подавляющем большинстве случаев до серийного производства гибкие гаджеты не доходят из-за того, что некоторые части тяжело сделать многократно сгибаемыми.
Одна из наиболее проблемных частей для гибких устройств — аккумулятор, поскольку даже при незначительной деформации современные батареи теряют емкость.
Новый аккумулятор, разработанный Panasonic, выдерживает многократные сгибания вплоть до радиуса 25 миллиметров и перекручивание до 25 градусов. В рамках проведенных экспериментов аккумулятор толщиной 0,55 миллиметра показал снижение емкости на один процент после тысячи сгибаний, такой же результат аккумулятор показал после тысячи скручиваний на 25 градусов.
Пунктир показывает падение емкости после 1000 циклов заряда/разряда для аккумулятора, не подверженного деформации, а сплошная линия для аккумулятора, который сгибали (слева) и скручивали (справа).
Panasonic Corporation
При этом сгибания и скручивания практически не влияют на долговечность аккумулятора, емкость снижается до уровня в 80 процентов после тысячи циклов заряда/разряда — как правило, для литий-ионных аккумуляторов такое снижение емкости характерно уже после 500 циклов.
По словам представителей Panasonic, лучше всего новый аккумулятор подойдет для носимой на теле электроники, ключ-карт, умной одежды, различных фитнес-трекеров и других компактных устройств с низким энергопотреблением.
Три версии гибкого аккумулятора.
Panasonic Corporation
Всего Panasonic представила три варианта гибкого аккумулятора, массой 0,7 грамма, 1,4 грамма и 1,9 грамма с емкостью 17,5 миллиампер-часов, 40 миллиампер-часов и 60 миллиампер-часов соответственно. Первые поставки гибких аккумуляторов начнутся в конце октября 2016 года.
Кроме носимой электроники гибкие устройства также разрабатываются и в других сферах — многие производители мобильных устройств работают над созданием гибкого смартфона.
Например, Lenovo в этом году показала работающие прототипы смартфона-браслета и складывающегося планшетного компьютера, также сообщалось, что Samsung может представить две модели смартфонов с гнущимся экраном в 2017 году.
Кроме того, весной Samsung показала гибкий OLED-экран, сворачиваемый в рулон.
Разработкой гибких гаджетов также занимаются исследовательские лаборатории.
Например, в феврале 2016 года исследователи из Human Media Lab Королевского университета в Кингстоне создали гибкий смартфон с дисплеем светового поля, который может выводить трехмерное изображение, доступное для просмотра невооруженным глазом сразу нескольким пользователям. Кроме того существует растягивающийся тачпад, эластичная платы и даже гибкая матрица для камер.
Николай Воронцов
Гибкие аккумуляторные батареи. Технологии будущего и применение
Аккумуляторы стали неотъемлемой частью многих современных устройств. Это источники питания цифровых фотоаппаратов, сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов, видеокамер, медицинские, промышленные, военные и многие другие приборы.
Литий-ионные аккумуляторные батареи были огромным шагом вперед в сравнении с устаревшими тяжелыми щелочными элементами питания. Но на данный момент и они явно сдерживают совершенствование и развитие мобильной электроники и других сфер. Они пожароопасные, дороги, имеют небольшую емкость и не могут длительно сохранять заряд.
Решить эти проблемы призваны гибкие аккумуляторные батареи, которые должны стать безопасной и дешевой альтернативой существующим батареям.
На данный момент гибкие аккумуляторные батареи не нашли промышленного применения, но они активно разрабатываются и совершенствуются. В ближайшем будущем они будут внедряться повсеместно.
Гибкие батареи позволят создавать уникальные изделия, которые ранее было трудно себе вообразить.
Устройство
Над устройством гибких аккумуляторных батарей работает множество ученых. Именно поэтому создаются совершенно разные гибкие батареи, которые выполнены из разных элементов и материалов.
- На самых первых этапах гибкие аккумуляторные батареи имели следующее устройство; — полимерные подложки или низко-производительные органические материалы, занимающие слишком много пространства, а также приводящие к снижению емкости элемента; — катоды. Для улучшения их свойств они подвергались высокотемпературной обработке;— гибкие полимеры, которые разрушаются при высоких температурах.
- Исследователи из KAIST предложили версию гибкой литий-ионной батареи; — тонкая пластина из неорганического материала, которой не страшны высокие температуры; — на нее уложены в несколько слоев при помощи клейкой ленты следующие элементы: анод, электролит катод и токоприемник. В результате были выделены части из двух полимерных пленок со слюдой с активными слоями.Скручивание подобной гибкой батареи довольно слабо сказывается на ее производительности. Напряжение при сильном сгибании почти не меняется, а емкость снижается не больше 7 процентов. Для коммерческого использования ученым необходимо научиться разделять слои в промышленных условиях. Возможно, этого можно будет добиться применением лазерного метода деламинации.
- Исследователи из Технологического института Нью-Джерси создали собственный прототип гибких батарей; — гибкая пластиковая подложка, которая пропитана электро-активными ингредиентами; — электро-активные ингредиенты включают в себя микрочастицы и нанотрубки; — микрочастицы выполняются из литиевых солей (литиевые батареи) или из цинка с добавлением диоксида марганца (щелочные батареи).Прототип представляет мягкий конверт или пакет, где находятся два электрода — один в виде графитовой пены, а другой – алюминиевый. Все это погружается в специальный солевой раствор. Такая батарея заряжается меньше минуты, очень надежна и безопасна в сравнении с литий-ионными батареями, однако обеспечивает вдвое меньшее напряжение.
Применение графита позволяет получать отличную производительность, но до промышленного изготовления батарей будет нужно несколько лет исследований
- LG Chem, член корпорации LG, создала литий-ионный аккумулятор в виде кабеля, который имеет диаметр в несколько миллиметров. У нее такая гибкость, что ее можно носить в виде браслета, завязывать узлом и даже соткать ткань из подобных батарей. Устройство у нее следующее:
— Катод из окиси лития-кобальта. — Анод.
— Электролит.
Главное отличие в том, что все компоненты кабеля-аккумулятора выполнены в виде гибких спиралей, а не располагаются в виде плоских слоев. В качестве катода выступают тонкие медные провода, покрытые специальным слоем из сплава никеля и олова.
Такие нити сплетаются в более толстое волокно, оно обертывается вокруг стержня диаметром 1,5 мм. С удалением стержня остается весьма гибкая и прочная спираль будущего анода. Поверх спирали наматывается алюминиевая лента, после чего погружается в жидкий раствор окиси лития-кобальта, чтобы создать катод аккумулятора.
Получившуюся конструкцию закрывают защитной оберткой, а центральная полость наполняется жидким электролитом. Плотность хранения энергии и напряжение полностью соответствует обычным литий-ионным батареям, но они более гибкие и тонкие.
Принцип действия
В основе большинства создаваемых гибких аккумуляторов лежат полимерные электроды. они наделены структурой, которая напоминает вязкую текучую жидкость. в результате их можно:
Кроме того, они отличаются экологической безопасностью. Вызвано это тем, что Новые гибкие аккумуляторные батареи не содержат электролита
На текущий момент изобретение гибких литий-ионных аккумуляторов пока что находится в стадии производства прототипа. Однако в ближайшие годы планируется коммерциализировать указанное изобретение. В то же время батарея уже испытана и подтвердила, что может выдерживать изгибы, повороты и иные деформации, сохраняя собственную способность удерживать заряд.
Но есть компании, которые продолжают линейку уже существующих аккумуляторов, создавая образцы литий-ионных батарей, обладающих способностью к деформации. Так в гибких батареях компании Panasonic применяется внутренняя структура проводки и многослойные наружные корпусы, которые избегают, перегрев или утечку электролита. Корпус аккумулятора защищает ламинированная оболочка.
Гибкие аккумуляторные батареи Panasonic имеют толщину в 0,55 мм, они могут изгибаться так, что по кривой они закручиваются в радиус 25 мм. Батареи Panasonic держат заряд в пределах 17,5-60 мАч. Для современных смартфонов этой мощности пока не хватает, но изобретение уже сегодня можно успешно использовать для маломощных устройств, к примеру, смарт-одежды или смарт-карт.
Применение
Над гибкими батарейками работают множество компаний, среди них такие гиганты, как LG, Samsung и Panasonic. Их инженеры пытаются создавать не только гибкие аккумуляторы, но дисплеи и микропроцессоры. В ближайшие годы компании отойдут от гонки разрешений и диагоналей в мобильной технике, чтобы начать сгибать все, что только можно.
LG уже произвела телевизор, который вполне можно скрутить в рулон. В скором времени в магазинах вполне могут начать продавать погонные метры телевизоров, компьютеров и смартфонов.
Другие компании также не отстают и внедряют гибкие батареи в различные устройства:
- Носимые гаджеты в виде часов, браслетов.
- Ремешки устройств.
- Многочисленные модели «умной» одежды, в которых сегодня применяется жесткий аккумулятор.
- Гибкие шторы, жалюзи.
- Телевизоры, смартфоны и так далее.
Единственное, что данные устройства выполнены только в прототипах и небольших количествах, а также не лишены недостатков.
Особенности и виды
- Ультратонкие цинк-полимерные батареи от компании Imprint Energy, получаемые методом промышленной трафаретной печати. В них применяется новейший особо твердый полимерный электролит, который исключает замыкание, позволяет увеличить емкость и стабильность источника питания.
- Аккумуляторные батареи на основе литиевых порошков, углеродных нанотрубок, в том числе бумажной подложки Kimwipes. Такие аккумуляторы выделяются хорошей проводимостью и стабильной мощностью.
- Батареи на основе литий-ионных аккумуляторов, позволяющие сгибать их в произвольных направлениях.
- Аккумуляторные батареи на основе алюминий-ионных ячеек. Этот прототип объединяет графитовый катод и алюминиевый анод.
- Волокнистые суперконденсаторы, состоящие из обычной бумаги или иного волокнистого материала, которые покрываются составом из серебряных нанопроводников и углеродных нанотрубок. Такие батареи можно гнуть, мять и окунать в кислотные растворы. Каждый кубический миллиметр волокна батарей может сохранять до 6,3 мВт энергии.
Достоинства и недостатки
К достоинствам гибких батарей можно отнести:
- Низкий саморазряд.
- Большая плотность энергии на единицу массы и объема.
- Возможность получать невероятно гибкие формы.
- Толщина элементов от 1 мм.
- Отсутствие эффекта памяти.
- Незначительный перепад напряжения при разрядке.
- Довольно широкий диапазон рабочих температур.
- Большие перспективы применения.
К недостаткам гибких батарей можно отнести:
- Старение. Под действием заряда и изменения температур литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы снижают емкость.
- Требуются дополнительные исследования.
- Для коммерческого использования требуются значительные вложения.
Перспективы
- Гибкие аккумуляторные батареи позволят изобретать новые устройства, где нет жестких элементов. Это вся носимая электроника: кредитные карты, часы, браслеты и так далее.
- Эти батареи должны появиться в смартфонах, планшетах и других компьютерных устройствах.
- Первые в мире гибкие суперконденсаторы с волокнистой структурой, созданные из углеродных нанотрубок и графена будут находить применение в мобильных средствах связи, медицине, промышленности и в военной сфере. Это роботы, различные устройства, ткани со свойствами батарей, в том числе плащи-невидимки.
- Гибкие аккумуляторные батареи станут основой для умной и спортивной одежды, медицинских устройств, электрических автомобилей.
Похожие темы:
Гибкие аккумуляторные батареи
3 марта 2019
Гибкие аккумуляторные батареи
На сегодняшний день аккумуляторы стали неотъемлемой частью многих современных устройств. Они используются в телефонах, ноутбуках, планшетах, видеокамерах и медицинских приборах.
Огромным шагом вперед стали литий-ионные аккумуляторные батареи по сравнению с устаревшими щелочными элементами питания. Однако эти аккумуляторы имеют и недостатки.
Они пожароопасные, дорогие, имеют небольшую емкость и не могут длительное время сохранять заряд.
Специалисты утверждают, что решить подобные проблемы смогут гибкие аккумуляторные батареи, которые смогут стать безопасной и дешевой альтернативой существующим батареям. На данный момент гибкие батареи еще не нашли промышленного применения, но они продолжают активно усовершенствоваться. Гибкие батареи позволят создавать уникальные изделия, которые ранее сложно было представить.
Над устройством гибких аккумуляторных батарей работает множество ученых. Поэтому на сегодняшний день можно встретить различные аккумуляторы, которые выполнены из разных элементов и материалов.
На первых этапах гибкие аккумуляторные батареи имели следующее устройство:
Полимерные подложки и низко-производительные органические материалы, которые занимают много пространства.Катоды. Для улучшения свойств этих элементов специалисты подвергали их высокотемпературным обработкам.
Гибкие полимеры, которые разрушались при высоких температурах.
Скручивание подобного аккумулятора практически не сказывается на его производительности. Даже при сильном сгибании напряжение практически не меняется, а емкость снижается не больше, чем на 7%.
В основе большинства гибких аккумуляторов, которые можно встретить на сегодняшний день лежат полимерные электроды. Они наделены уникальной структурой, которая напоминает вязкую текучую жидкость. В результате этого такие аккумуляторы можно: гнуть; изгибать.
Кроме этого, основное отличие заключается в их экологической безопасности. Сейчас изобретение гибких аккумуляторных батарей еще находится на стадии производства прототипа. Однако в скором времени специалисты планируют коммерциализировать указанное изобретение. Многие батареи уже были испытаны и подтвердили, что способны выдерживать изгибы.
Также можно встретить компании, которые начали просто усовершенствовать литий-ионные батареи. Гибкие батареи от компании Panasonic используют внутреннюю структуру проводки и многослойные наружные корпусы, которые избегают перегрева или утечки электролита. Корпус аккумулятора защищает ламинированная оболочка.