超薄可彎曲鋅電池 或徹底改變穿戴式設(shè)備

想象一下，耐克FuelBand只有食指上戴的戒指那么大，手機(jī)像信用卡那樣柔軟纖薄。如果電池能夠做到又薄又能彎曲，而且能量足夠強(qiáng)勁，那么這些設(shè)備就能做成你想象的那樣。事實(shí)表明，電池是現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要障礙。
加州初創(chuàng)企業(yè)Imprint Energy致力于突破這一障礙。該公司開(kāi)發(fā)了一種新型鋅電池，有望讓電子設(shè)備廠商突破標(biāo)準(zhǔn)鋰電池的局限。
該公司采用的技術(shù)來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的研究成果。目前，該公司已經(jīng)開(kāi)始為試用客戶小批量生產(chǎn)這種超薄、高能、柔性、廉價(jià)的可充電電池。這種電池使用的原材料不是鋰，而是鋅，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中還使用了絲網(wǎng)印刷技術(shù)。
Imprint Energy CEO德文•麥肯齊(Devin MacKenzie )稱，標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池很難做到又薄又有柔性，而且由于鋰化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，因而需要很多包裝來(lái)保證鋰離子電池的安全。如果你看過(guò)網(wǎng)上鋰離子電池在空氣中乃至水中起火的視頻，就會(huì)明白這一點(diǎn)了。
這種架構(gòu)也使得鋰離子電子注定只能做得堅(jiān)硬而碩大。即便是Macbook Air最薄的筆記本電腦或者iPad這樣的平板電腦，其設(shè)計(jì)也受到電池大小和重量的限制。耐克FuelBand使用了弧形鋰聚合物電池，但如果仔細(xì)觀察腕帶形狀，可以發(fā)現(xiàn)電池是腕帶上唯一無(wú)法彎曲的部分。
鋅電池的優(yōu)勢(shì)
Imprint Energy的電池解決了鋰電池的體積和柔性問(wèn)題。該公司由加州大學(xué)伯克利分校博士生克里斯汀•何(Christine Ho)與布魯克斯•金凱德(Brooks Kincaid)創(chuàng)立，最近剛獲得Dow Chemical和CIA In-Q-Tel風(fēng)投公司的種子投資。
這種電池的陽(yáng)極為鋅，陰極為金屬氧化物，電解質(zhì)為固態(tài)聚合物。陰陽(yáng)兩極分別位于電池兩邊，鋅離子在電解質(zhì)中從陽(yáng)極流動(dòng)到陰極引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，從而不斷產(chǎn)生電能。
麥肯齊稱，盡管鋅早已用于電池，但鋅電池很難做到可充電。這是因?yàn)?，?dāng)鋅與液態(tài)電解質(zhì)結(jié)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種稱為樹(shù)枝晶的物質(zhì)，這種細(xì)微的纖維會(huì)不斷生長(zhǎng)并阻礙充電反應(yīng)。Imprint Energy通過(guò)鋅與固態(tài)聚合物結(jié)合而成的電解質(zhì)解決了這一難題。
由于鋅在環(huán)境中的活潑性不高，Imprint的這種電池可以做到薄得多，也可以小到僅有幾百微米(兩根頭發(fā)的寬帶)。這種超微型電池可以用于數(shù)字智能標(biāo)簽，例如檢查食物新鮮程度的標(biāo)簽。
此外，鋅也使得Imprint的電池更加安全，毒性比鋰電池小。Imprint團(tuán)隊(duì)可以露天生產(chǎn)鋰電池。對(duì)于戴在人身上甚至植入體內(nèi)的設(shè)備，鋅電池是更安全的選擇。想象一下，如果人體胸腔內(nèi)裝入一臺(tái)使用鋰電池的心臟設(shè)備，而電池將鋰泄露到人體內(nèi)，這會(huì)有多么恐怖。
可打印電池
Imprint Energy的另一大創(chuàng)新是它使用了標(biāo)準(zhǔn)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)打印電池。大多數(shù)電池都是將原材料涂在金屬箔片上，然后將它們組裝稱電池。
麥肯齊在Imprint Energy的Alamada實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)演示了它們的電池打印機(jī)和類似印制T恤圖案那樣的絲網(wǎng)。電池原材料可以按照客戶要求打印成任何形狀。當(dāng)然，客戶需要為定制形狀額外付費(fèi)。
該實(shí)驗(yàn)室目前每天能產(chǎn)出100塊電池，盡管規(guī)模不大，但足以滿足潛在客戶的樣品需求。未來(lái)兩三年內(nèi)，該公司可能會(huì)開(kāi)始批量生產(chǎn)。不過(guò)它可能不會(huì)自行建廠，而是與制造商合作或提供技術(shù)授權(quán)。
瞄準(zhǔn)穿戴式設(shè)備
盡管Imprint Energy才剛起步，但它的終極目標(biāo)便是穿戴式設(shè)備市場(chǎng)，其中既包括消費(fèi)市場(chǎng)(例如耐克FuelBand和Fitbit)，也包括醫(yī)療健康市場(chǎng)(例如植入式監(jiān)測(cè)設(shè)備)。這種新型電池將令穿戴式設(shè)備行業(yè)受益匪淺。鑒于穿戴式電子設(shè)備還是新興行業(yè)，未來(lái)幾年才可能成為主流，突破性的設(shè)計(jì)可能會(huì)徹底改變?cè)撔袠I(yè)。