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小型固態電池開啟物聯網新紀元

作者:TDK株式會社時間:2021-01-17來源:電子產品世界收藏

作為傳統鋰離子電池的替代品,的開發工作目前正在全球范圍內展開。這種新一代的電池采用性質穩定且不易燃的固體電解質材料來代替液體,消除了泄漏和著火的風險,具有優秀的安全性、高可靠性和更長的使用壽命。TDK 成功地實現了全球首款全固態SMD 電池CeraCharge? 的商業化,并有望搭載于各種IoT 設備中。

本文引用地址:http://www.834653.tw/article/202101/422142.htm

1   解決傳統鋰離子電池局限性的下一代解決方案

毫不夸張地說,隨著我們進入物聯網時代,幾乎所有事物都連接到了互聯網,要想提高各種智能設備的普及率,除了緊湊的外形和更強的通信功能之外,高電池性能也是必不可少的。具有高能量密度的鋰離子電池如今被廣泛用于各種電子設備,例如筆記本電腦、智能手機和無線耳塞等,并且越來越多地運用于無人機、電動自行車和EV(電動汽車)中。然而,由于鋰離子電池是使用易燃的有機溶劑電解質制成,存在泄漏和著火的風險,因此物聯網設備制造商對開發更安全、更可靠的含有穩定電解質材料的的需求也與日俱增。預計將來EV 等設備中的大容量電池也將被取代,其市場規模將進一步擴大。

由圖1 可見,固態電池市場在未來10 年內預計將呈指數增長。

固態電池的優勢是采用固態電解質材料代替傳統鋰離子電池中的液態電解質,可提供較高水平的安全性和更長的使用壽命(如圖2)。

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圖1 小型全固態鋰離子薄型電池的全球市場規模和預測來源:以全球下一代電池市場為基礎:日本矢野經濟研究所2019年主要調查研究結果。

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圖2 常規鋰離子電池與固態鋰離子電池的對比

2   由TDK率先推出的固態SMD電池CeraCharge的功能

隨著全球各公司不斷致力于固態電池的開發,TDK成功地實現了全球首款固態SMD(表面貼裝器件)電池CeraCharge 的商業化。CeraCharge 是基于TDK 先進的積層技術打造的( 圖3),具有適合量產的優勢。

其固體電解質消除了泄漏和著火的風險,同時具備其他實用特性,包括:1.5 V 的標稱電壓,100 μAh 的容量,-20~80 ?C 的工作溫度范圍。此外,其SMD 型設計便于放置電池,從而有助于降低組裝成本。由于具有尺寸小、安全性高和使用壽命長的優勢,它很適合搭載在各種環境下使用的IoT 設備中。

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圖3 CeraCharge?固態電池的橫截面(示意圖)

3   運用于烹飪溫度計

芯片大小的安全固態電池CeraCharge 正在逐步應用到各種IoT 產品中。其中一種應用就是2020 年12 月推出的烹飪溫度計產品。這款新產品是1 個15 cm 的金屬溫度計探頭(圖4),由丹麥一家生產烹飪溫度計系列產品的CookPerfect 公司出品,配備有5 個溫度傳感器,1 個BLE(藍牙低能耗)通信模塊以及TDK 的CeraCharge。只需插入此探頭,即可通過智能手機實時監測烤箱內烤肉的內部溫度。借助這一突破性的產品,人們能夠在理想的溫度下烹飪圣誕節烤肉等各種肉類。

CookPerfect 的聯合創始人兼董事總經理Martin Kloster表示:“當我們在2016 年開始設計CookPerfect 時,根本沒有哪一種電池技術可以支持在5 個點進行測量,運行復雜的算法,并且可以內置到相應裝置中。但是借助CeraCharge,我們得以打造首個‘真正的無線’溫度計。”Kloster 提到,可靠性和安全性非常重要,因為這些溫度計將直接插入到食物中并用于高溫烤箱和烤架。

“絕對不能有任何化學泄漏。我們還需要較高的工作溫度范圍,可以承受在烤箱內部使用。固態的CeraCharge沒有泄漏的風險,其體積小到可以安裝到3.7 mm 直徑的裝置中,并且可以承受高達85 ?C 溫度,這就是我們選擇將它用在產品中的主要決定因素。”

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圖4 CookPerfect的無線肉類溫度計

例如此類將溫度傳感器與通信功能結合在一起的烹飪溫度計,隨著配備各種傳感器的設備的不斷普及,一個全面的物聯網社會即將來臨。隨著市場對各種尺寸和規格電池的需求不斷增長,目前正在考慮將CeraCharge集成到各種設備中,包括用于智能儀表、可穿戴設備和智能傳感器的實時時鐘(RTC)。

作為全球率先將固態電池商業化的公司,TDK 將繼續致力于擴大其產品系列,同時提高其微型化程度和容量,以覆蓋更廣泛的應用領域。CeraCharge 將一如既往地為快速擴張的物聯網市場提供有力支持。從簡單的小工具到規格復雜的設備,各種工業和消費類IoT 設備日益需要緊湊、安全且可靠的電源。為了滿足這些需求,TDK 開發了全球首款可充電固態SMD電池CeraCharge(如圖5)。

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圖5 CeraCharge?固態電池

(注:本文來源于科技期刊《電子產品世界》2021年第1期。)



關鍵詞: 固態電池 陶瓷

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