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柔性储能十大技术突破:有望改变智能硬件未来

时间:2022-12-10

科技的进步和智能化热潮的普及也让电子设备变得更加丰富多彩。智能硬件、智能手机、智能穿戴设备也是近年来的趋势,尤其是电子技术的突飞猛进,使得这些电子设备朝着更薄、更轻、更多样化、更灵活的方向发展,比如2017年流行的全屏手机。而今年,三星、苹果等厂商计划开发新一代可折叠、可弯曲的柔性电子产品。

这种充满未来科幻感的柔性电子产品频频出现在各类电子展中,满足了大众对电子产品科技感的想象,同时也引导着电子产品的发展方向。柔性电子显然是未来的发展趋势之一。

值得一提的是,柔性电子已被评为世界十大科技成果之一,预计将带来一场电子技术革命。如今,这场电子技术革命在市场的推动下悄然来临。据研究机构预测数据显示,2018年柔性电子市场规模为469.4亿美元,到2028年将达到3010亿美元,2011-2028年复合增长率接近30%。

借助广阔的市场前景,柔性电子技术的发展也日新月异。其中,柔性电子发展面临的最大挑战是与其兼容的柔性储能器件。传统的锂电池超级电容器是刚性的,在弯曲或折叠时,很容易造成电极材料与集流体分离,影响电化学性能,甚至引起短路,造成严重的安全问题。

因此,为适应下一代柔性电子器件的发展,柔性储能器件成为近年来的研究热点。我们盘点了近期柔性储能十大技术突破,助您了解柔性储能发展现状。

01

柔性多功能双极全固态锂离子电池

2017年10月18日,媒体报道韩国蔚山科学技术研究院研发出新型柔性多功能双极全固态锂离子电池,解决了基于双极锂离子电池的共性问题。无机电解质。问题。

据了解,研究人员通过无溶剂干燥和紫外线固化辅助多级印刷技术制备双极锂离子电池,并开发出新型柔性不易燃凝胶电解质,以此作为印刷电极的核心部件和印刷固体凝胶复合电解质。作为一种高效、可扩展的技术,多阶段印刷双极电池制备技术将推动双极全固态电池的开发走向商业化,具有广阔的应用前景。

点评:锂离子电池并不少见。现在主流电子产品都使用锂电池。但是,这项技术可以打破锂电池的刚性。实现柔性多功能双极无疑是一个非常大的技术突破。

02

纸基柔性超级电容器

2017年10月24日,佐治亚理工学院机械工程学院助理教授Seung Woo Lee和高丽大学化学与生物工程系的Cho共同开发了纸基柔性超级电容器。该超级电容器使用金属纳米粒子在纸上涂覆纤维素纤维智能电容器,形成具有高能量和高功率密度的超级电容器电极,实现了迄今为止基于纺织品的超级电容器的最佳性能。

研究测试表明,使用这种技术制造的电容器可以折叠数千次而不影响导电性。此外智能电容器,该金属纸超级电容器的最大功率和能量密度分别达到15.1mW/cm2和267.3uW/cm2,基本优于传统的纸质或纺织超级电容器。

并且其应用场景也非常丰富,支持可穿戴设备、便携式电子产品等,还可以将柔性电容器与能量收集器件结合起来,为生物医学传感器、消费电子、军用电子等应用供电。

点评:与锂电池类似,超级电容也是刚性好,不易弯曲折叠。然而,从材料的另一个角度来看,这项技术打破常规,开发出了一种基于纺织品的纸质柔性超级电容器。如果问题能够进一步解决并商业化,很可能会带来改变。

03

高性能柔性电池

2017年10月27日,这一次轮到中国科技大展拳脚了。中科院青岛生物能源与过程技术研究所新能源碳材料团队与中科院化学研究所合作开发石墨烯基分子材料,改变了电池材料的传统概念,实现了高性能柔性电池的制备。

据了解,该材料的电化学储钠容量在钠离子电池的测试研究中处于同类材料领先地位,完全有可能成为新一代高性能、柔性储能电池。为我国未来电化学储能器件研究带来了新视角、新思路,将积极推动我国“十三五”新能源新材料研究规划的进展。

点评:是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后的新型全碳纳米结构材料。它具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽的晶面间距和优异的化学稳定性。被称为合成二乙炔碳中最稳定的同素异形体。石墨烯由于其特殊的电子结构和类似于硅的优良半导体性能,有望在电子、半导体和新能源等领域得到广泛应用。

04

纤维型固态锂离子软电池

2017年11月20日,马里兰大学胡良兵研究团队利用3D打印技术制备出类纤维固态锂离子柔性电池。该电池可在弯曲状态下保持稳定的电化学性能,未来可与普通织物结合,作为可穿戴电子产品的重要储能装置。

值得一提的是,与其他复杂精密的技术相比,这种制备方法非常简单快捷。或许在其他方面还不够完美,但它为柔性锂离子电池的量产提供了一种新思路,也可以有效应用于其他活性物质体系的柔性一维电池。

点评:3D打印技术的运用,不得不说是一种新的思路。3D打印技术近年来非常火爆,其成本和制作也非常方便快捷。对于柔性储能器件产业来说,是一个值得思考的方向。

05

柔性固态超级电容器

2017年12月12日,中国科学院电工研究所超导课题组、马延伟课题组利用多能级石墨烯复合电极和离子液体凝胶聚合物电解质,首次研制出高能量密度具有 3.5V 电压窗口的柔性固态超导体。电容器。据了解,该研究由电工所团队与西南石油大学教授葛兴波合作完成。

据悉,研究人员通过调整电极的微观结构,引入离子液体凝胶电解质,成功制备出具有宽电压窗口的柔性固态超级电容器,有效提高了器件的能量密度。柔性固体超级电容器在充放电10000次循环后仍能保持85%以上的容量,连续弯曲1000次后仍能保持88%的容量。具有良好的电化学性能和优良的抗机械弯曲性能。

点评:石墨烯材料并不陌生,市场上对石墨烯电池的概念也耳熟能详,只是一直处于技术研发阶段。这一技术突破为未来提高柔性固态超级电容器的能量密度提供了有效策略。

06

柔性钙钛矿太阳能电池效率超过 17%

2017年12月13日,西安交通大学电信学院吴朝新教授团队发现了一种简单的方法来获得高质量的钙钛矿薄膜,并获得了光电转换效率为19.44%的反平面异质结钙钛矿。我的太阳能电池。

据了解,研究人员在通过旋涂制备钙钛矿薄膜后,采用硫氰酸铵进行后处理。钙钛矿薄膜发生分解和再结晶,形成更大的晶粒、更好的结晶度和缺陷。钙钛矿薄膜较少。将该方法应用于柔性电池,实现了光电转换效率为17.04%的高效反型平面异质结钙钛矿柔性电池,跻身世界柔性薄膜太阳能电池最高效率行列。

点评:技术的突破在于不断寻找更简洁有效的解决方案。西安交通大学吴朝新教授团队发现的方法,成功将国产柔性钙钛矿太阳能电池的效率推向世界顶级水平。

07

可伸缩生物柔性电池

2017 年 12 月 16 日,宾厄姆顿大学的一个研究团队开发出一种完全由纺织品制成的细菌生物能源电池。纸基微生物燃料电池产生的最大功率。

研究人员表示,柔性纺织电池基于低成本的石墨烯材料,外部采用简单的丝网印刷技术。由于墨水与纺织品之间的强烈相互作用,电极将非常稳定并具有良好的操作性。安全且循环寿命长,电池本身也支持快速充电,柔性材料允许清洗。在反复拉伸和循环扭转下,这些完全由纺织品制成的生物材料具有稳定的发电能力。

点评:这种可拉伸、可弯曲的能源动力装置可为基于纺织的生物材料搭建标准化平台,未来有望应用于可穿戴电子产品。并且与柔性电池相比,可伸缩、可弯曲的生物柔性电池可用于各种不规则电子产品。

08

柔性铝石墨烯电池

2017年12月25日,浙江大学高分子科学与工程系高分子团队研发出新型铝石墨烯电池。研究人员提出了石墨烯正极材料的“三高三连续”设计原则,以提高铝石墨烯电池的性能。迈出一大步。

据了解,铝石墨烯电池是一种柔性电池,弯曲10000次后仍能完全保持容量,而且充电速度非常快,只需几秒钟即可完成充电。而且它的续航能力也很强,充放电25万次后依然可以充满电。

此外,这种电池既耐高温又耐严寒,可以在-40摄氏度到120摄氏度的环境中工作。这种新型电池在-30摄氏度的环境下,可实现1000次充放电性能无损,在100摄氏度的环境下,可实现45000次稳定循环,展现出广泛的应用前景。

点评:耐寒、高续航、充电速度快、灵活等特性注定是未来智能手机或智能穿戴设备的完美“拍档”。最大的挑战无疑是解决技术难题,实现量产和商用。

09

“印刷”突破钙钛矿柔性太阳能电池难题

2018年1月5日,新年伊始,柔性储能研究领域传来喜讯。中科院化学所绿色印刷重点实验室宋延林课题组利用“印刷”突破柔性钙钛矿太阳能电池难题,成功制备出厚度与柔性类似的钙钛矿柔性太阳能电池一张杂志纸。可穿戴电子产品提供可靠的电力。

很难想象,作为中国古代四大发明之一的“印刷术”,也在新时代开始复兴。研究团队通过纳米组装印刷制备了钙钛矿蜂窝状纳米支架,并在其内部构建了一个“光学谐振腔”。这两项创新同时提高了柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性和光电转换。速度。

点评:据了解,该技术开发出的杂志纸大小的钙钛矿柔性太阳能电池可应用于可穿戴设备,甚至衣服、汽车玻璃贴膜等,通过吸收太阳光转化的电能为其他设备充电,是环保。并且实用。

10

新型柔性透明电极

2018年1月12日,南京邮电大学赖文勇教授课题组与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所苏文明研究员课题组合作,创新性地提出了设计思路导电聚合物栅电极,开发出一种综合性能优异的新型柔性透明电极。并建立了简单的丝网印刷技术,克服了低成本大面积制备的难题。与使用氧化铟锡(ITO)玻璃阳极的器件相比,以其为阳极制备的有机电致发光器件的电流效率提高了1.56倍。.

该电极具有高柔韧性、高导电性、高透光性和突出的化学稳定性等特点。它可以低成本制造和图案化。可作为透明薄膜电极代替ITO透明电极,广泛应用于柔性有机电致发光器件的构建。、柔性有机太阳能电池器件、柔性有机场效应晶体管器件和柔性储能器件。

点评:全球发达国家都在柔性储能领域发力。我国在该领域也走在世界前列,近期频传技术突破喜讯。

11

总结

柔性电子是未来电子产品的重要发展方向之一,因此迫切需要解决柔性储能器件的问题。在资本和国家政策的支持下,新的一年将有重大技术突破。当然,要实现柔性储能器件的实际应用还存在很多问题和挑战,这离不开研究人员的努力。

国内首个新型智能停车库在南岸区投入使用

入口处有说明书

过去一周,来自上海、浙江、陕西等地的商务人士来到位于南岸区江南新城的中国智谷重庆科创中心,实地考察一套有别于传统停车系统的停车系统——全国首家平面倾斜智能停车库。

平面倾斜式智能立体停车库有哪些特点?昨日,记者驱车前往现场体验采访。

重庆晚报-上游新闻记者 李浪文 钱波 摄

32度倾斜车不打滑

据了解,江南新城·中国智谷·重庆科创并未将地下停车库全部设置为斜面,仅腾出近400平方米的面积作为示范点。

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记者驱车进入示范区看到,智慧停车库共有40个车位,停车架整齐排列成4排,车辆斜停在停车架上。

重庆萨默塞特高新技术有限公司是南岸区重点扶持的高新技术企业,也是该系统的自主研发方。拥有侧移式停车系统和带充电功能的固定倾斜式停车架两项发明专利,具有完全的自主知识产权。财产。公司技术部负责人杨洋介绍,这里停车架的倾角一般为28度到32度,可以根据不同层高进行调整。目前调试倾角为32度。

停在货架上的车辆会不会滑落?杨洋说,倾斜停车的角度相当于在斜坡上正常停车的角度,可以保证停车的安全。即使车辆本身的制动效果不好,每个停车架都有挡板保护,目前只适用于停放汽车。

如果您不熟练驾驶,请不要担心

据了解,这套停车系统的核心部分主要由控制系统(相当于眼睛和耳朵)、调度系统(大脑)、液压系统(动力)、道闸系统(识别)组成。

作为一个开了多年车的女记者,体验后的第一感觉就是这种停车方式适合不会开车的人或者女司机。因为侧方停车和倒车进车库都保存在这里。

记者发现,停放取车只需一分钟,停车费与传统停车位相同。

目前,示范区停车位仅有40个。停车架自动移出,具体停车位置一目了然。如果该系统应用于大型商场和住宅小区,停车位较多,车主如何快速到指定地点停车或取车?杨洋介绍,大型停车场出入口、通道、出口等节点均设有LED显示屏进行引导。如果车主忘记了车位,可以在任何刷卡设备(包括停车架旁边的读卡器)上查看,LED显示屏会启动导航功能。

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8个探测器感应探头,杜绝事故发生

据悉,每个停车架上都装有8个探测器和感应探头,实时监测车辆位置和周围环境。记者发现,如果车辆规格不符合标准,停车架不会自动移出和放平。如果检测到有人和车辆经过,停车架会自动停止工作,避免各种可能发生的事故。

突然停电怎么办?记者了解到,该停车场目前有两种应急预案,一种是通过发电机发电,另一种是通过手动液压站发电,即让停车架手动运行。如果这项技术广泛应用于商场、医院和社区,车库管理部门将指定专业人员掌握相关应急技术,这是必不可少的一环。

记者了解到,示范区原本有24个平面停车位,采用平面倾斜式智能停车系统后,数量达到40个。在不增加面积的情况下增加停车位,为解决停车问题提供了一条新途径。值得一提的是,这些停车架还配备了充电桩,适用于新能源汽车的停放和充电。

据了解,一个标准的平面停车位长度约为6.2米。如果建造两层机械停车库,要求的高度至少为3.6米。倾斜式智能车位长度仅需3.3米,净空2.8米,比简易平面车位和双层机械停车库占用空间更少智能停车,可广泛应用于老旧小区、商场、医院等停车场所空间紧张。

不打方向盘,不倒车

停车:进入场馆,取出卡,启动系统,将停车架移至通道并放平智能停车,语音提示。将车开到停车架上,熄火,下车,在停车架旁边的识别仪上刷卡确认。机架在 30 秒内升起并趋于倾斜。

取车:在识别器上刷卡确认,停车架将在30秒内移出并放平。开车到出口插卡离开停车场。

特点:无方向盘,无倒车动作,停车取车只需一分钟。