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當我第一次聽到紙電池時，我是持懷疑態度的。我曾在使用聚脂薄膜和類似材料的電池公司工作過，但居然是紙？ 我對此感到非常好奇，因此我特別想與紙電池公司(PBC)的首席執行官Shreefal Mehta和高級總監Dave Rich交流一下。 PBC公司成立于2008年，位于紐約州北部。公司的愿景是卷到卷印刷生產可擴展、靈活、結構化的能量存儲材料片。這種技術可以在同一大批量印刷生產線上制造電池和超級電容(能量和功率)材料。 PBC公司如今正在開發超薄超級電容技術，這種技術據稱可以增強移動設備和依賴傳統可充電鋰電池的其它產品的電池性能。該技術是一種獨特的、相對非界入式(只有0.3mm厚)技術，能與現有的電池解決方案一起工作，而且具有環境友好特性。借助這種可擴展性技術，能量的存儲和分配可以得到顯著改善，而且使用的具有成本效益和空間效益的片狀產品很容易設計進各種電子產品中。 PCB公司看準了嵌入式設備越變越小、越變越薄并且采用電池供電的趨勢，因此他們決心為電池開發又薄又便宜的設計。我想知道這種技術究竟有多好。 PBC公司還宣布了與領先的電池組制造商TWS的合作伙伴關系，后者是世界上前五大電池供應商之一。 為了更深入地了解這一技術，我問了一些問題，并做了一些研究。 懷疑一切的人 我發現葡萄牙的新里斯本大學已經對在纖維素紙上構建的紙薄膜電池做了大量的研發工作。這種纖維素紙同時又用作電解液，起到分隔電極的作用，也作為可充電電池的物理支撐1。作為事實，3V原型電池已經能夠控制紙晶體管的開/關狀態。 2013年普渡大學使用基于柔性紙的集電體成功制造出鋰離子電池。其中的集電體是在覆蓋有碳納米管的超細木纖維上制造出來的，采用了靜電疊層納米組裝工藝2。 因此，沒問題——它可以做出來。現在我又對紙電池公司的設計感興趣了。 紙電池公司的工藝 紙電池公司(PBC)的PowerPatch產品線包含了超薄、可以加圖案的超級電容器，其中的互連和封裝設計成可以形成緊湊的能量模塊，其工作電壓范圍從2V到7.8V，具體取決于目標壽命。 這種第一代產品實現了PowerWrapper技術平臺的有限子集，突出了PBC公司為這種下一代超薄、可加圖案的超級電容開發的封裝創新技術。 典型的傳統電池尺寸為90x30x4mm，等效串聯電阻(ESR)為75mΩ；紙電池公司的解決方案尺寸為7cmx4mmx0.3mm，ESR不到30mΩ。 更讓人欣慰的是，這種設計對環境非常友好：超級電容技術使用的電極是由高表面積活性碳、碳納米管或石墨烯組成的。紙或其它多孔聚合物分隔器容納電解液并分隔電極。集電體通常是鋁箔，連接到電極上，并承載電荷的輸入輸出。PowerPatch產品沒有電池中常見的有毒重金屬 ，完全符合RoHS指令。 減少壓降 PowerPatch第二代產品能以真正很小的空間顯著減少壓降。 頂部的圖形是帶PBC公司超級電容的傳統電池。底部的圖形顯示在GSM手持無線電設備中單用傳統電池有顯著的壓降。 紙能夠適應復雜的形狀 傳統電池很難裝配進復雜的外形結構。更薄的電池意味著更輕、更薄的外部產品設計。 新產品設計范例。電池/超級電容現在可以圍繞PCB板布置以滿足產品的最小體積要求。現在還容易做成分布式電容。這種設計能夠減小PCB上的電壓變化，減少很多PCB元件，還能同時向一個或多個負載提供峰值功率脈沖。選擇外形尺寸的靈活性允許不規則的形狀，同時仍能提供優異的散熱和RFI(射頻干擾)好處。 隱含的優勢 苗條的外形使得PowerPatch非常有益于擴散和屏蔽熱量。PowerPatch的架構設計可以使電磁干擾“更安靜”，并能用作RFI的屏蔽罩。 這種技術支持的應用： 電容觸摸屏—噪聲(電磁干擾)是電容觸摸屏的首要問題，PowerPatch不僅可以用作屏蔽罩，而且有助于維持LED驅動器的電壓穩定。 相機閃光燈—大多數超過130萬像素的手機相機都要求強大的拍照閃光燈，以及在較低光線條件下方便攝影的超亮電筒。閃光燈強度直接和間接地影響圖像質量3。向閃光燈提供的功率脈沖要求高能量和很低的ESR。 智能手表—目前智能手表雖然新穎，但作為智能手機或平板電腦的附屬設備功能還很有限。功能的演進需要更好的電源來延長通信距離和提高數據速率。 電池供電的小型低音和超低音聲響系統——為了獲得最好的聲音，電源電壓的變化必須盡可能小以適應瞬態功率要求，特別是當只有電流需求改變時。具有高能量密度和低ESR的超級電容可以提高這種場合中的系統性能。越薄的外形尺寸使得它們能夠裝配進最終產品或低音產生子系統的工業設計中。 個人音頻放大器和醫療聽力系統—集成藍牙和其它無線射頻技術，數據流可直接進入設備。RFI和真實聽力援助中心(THAC)問題。 LED驅動器—電壓穩定性，效率得到提升，具有散熱和RFI好處，而且具有成本和尺寸優勢。 未來 未來增長將通過擴展產品到大規格性能疊層、將能量打包為結構化單元(如太陽能陣列背板到混合動力汽車電池組)推動。 PowerPatch實現可以有多個輸出，而未來還會有多種電壓。這些優勢使得PowerPatch能夠連接到相鄰的多個負載，以便獲得可能最小的ESR。PowerPatch可以用來對電壓進行乘除運算，然后直接饋送給負載，或作為電壓轉換器的輸入，也可作為連接電壓轉換器的存儲器。 未來，PowerPatch將支持把元件直接安裝到PowerPatch上，比如穩壓元件、開關和控制器件以及RFID元件等。 |
