革命性新產(chǎn)品？紙電池

　　當(dāng)我第一次聽(tīng)到紙電池時(shí)，我是持懷疑態(tài)度的。我曾在使用聚脂薄膜和類似材料的電池公司工作過(guò)，但居然是紙？

　　我對(duì)此感到非常好奇，因此我特別想與紙電池公司（PBC）的首席執(zhí)行官Shreefal Mehta和高級(jí)總監(jiān)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(chǎn)可擴(kuò)展、靈活、結(jié)構(gòu)化的能量存儲(chǔ)材料片。這種技術(shù)可以在同一大批量印刷生產(chǎn)線上制造電池和超級(jí)電容（能量和功率）材料。

　　PBC公司如今正在開(kāi)發(fā)超薄超級(jí)電容技術(shù)，這種技術(shù)據(jù)稱可以增強(qiáng)移動(dòng)設(shè)備和依賴傳統(tǒng)可充電鋰電池的其它產(chǎn)品的電池性能。該技術(shù)是一種獨(dú)特的、相對(duì)非界入式（只有0.3mm厚）技術(shù)，能與現(xiàn)有的電池解決方案一起工作，而且具有環(huán)境友好特性。借助這種可擴(kuò)展性技術(shù)，能量的存儲(chǔ)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(chǎn)品很容易設(shè)計(jì)進(jìn)各種電子產(chǎn)品中。

　　PCB公司看準(zhǔn)了嵌入式設(shè)備越變?cè)叫　⒃阶冊(cè)奖〔⑶也捎秒姵毓╇姷内厔?shì)，因此他們決心為電池開(kāi)發(fā)又薄又便宜的設(shè)計(jì)。我想知道這種技術(shù)究竟有多好。

　　PBC公司還宣布了與領(lǐng)先的電池組制造商TWS的合作伙伴關(guān)系，后者是世界上前五大電池供應(yīng)商之一。

　　為了更深入地了解這一技術(shù)，我問(wèn)了一些問(wèn)題，并做了一些研究。

　　懷疑一切的人

　　我發(fā)現(xiàn)葡萄牙的新里斯本大學(xué)已經(jīng)對(duì)在纖維素紙上構(gòu)建的紙薄膜電池做了大量的研發(fā)工作。這種纖維素紙同時(shí)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(shí)，3V原型電池已經(jīng)能夠控制紙晶體管的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。

　　2013年普渡大學(xué)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(xì)木纖維上制造出來(lái)的，采用了靜電疊層納米組裝工藝2。

　　因此，沒(méi)問(wèn)題--它可以做出來(lái)?，F(xiàn)在我又對(duì)紙電池公司的設(shè)計(jì)感興趣了。

　　紙電池公司的工藝

　　紙電池公司（PBC）的PowerPatch產(chǎn)品線包含了超薄、可以加圖案的超級(jí)電容器，其中的互連和封裝設(shè)計(jì)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(biāo)壽命。

　　這種第一代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了PowerWrapper技術(shù)平臺(tái)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(jí)電容開(kāi)發(fā)的封裝創(chuàng)新技術(shù)。

　　典型的傳統(tǒng)電池尺寸為90x30x4mm,等效串聯(lián)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(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境非常友好：超級(jí)電容技術(shù)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(chǎn)品沒(méi)有電池中常見(jiàn)的有毒重金屬 ,完全符合RoHS指令。

　　減少壓降

　　PowerPatch第二代產(chǎn)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(jí)電容的傳統(tǒng)電池。底部的圖形顯示在GSM手持無(wú)線電設(shè)備中單用傳統(tǒng)電池有顯著的壓降。

　　紙能夠適應(yīng)復(fù)雜的形狀

　　傳統(tǒng)電池很難裝配進(jìn)復(fù)雜的外形結(jié)構(gòu)。更薄的電池意味著更輕、更薄的外部產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

　　新產(chǎn)品設(shè)計(jì)范例。電池/超級(jí)電容現(xiàn)在可以圍繞PCB板布置以滿足產(chǎn)品的最小體積要求。現(xiàn)在還容易做成分布式電容。這種設(shè)計(jì)能夠減小PCB上的電壓變化，減少很多PCB元件，還能同時(shí)向一個(gè)或多個(gè)負(fù)載提供峰值功率脈沖。選擇外形尺寸的靈活性允許不規(guī)則的形狀，同時(shí)仍能提供優(yōu)異的散熱和RFI（射頻干擾）好處。

　　隱含的優(yōu)勢(shì)

　　苗條的外形使得PowerPatch非常有益于擴(kuò)散和屏蔽熱量。PowerPatch的架構(gòu)設(shè)計(jì)可以使電磁干擾“更安靜”,并能用作RFI的屏蔽罩。

　　這種技術(shù)支持的應(yīng)用：

　　電容觸摸屏-噪聲（電磁干擾）是電容觸摸屏的首要問(wèn)題，PowerPatch不僅可以用作屏蔽罩，而且有助于維持LED驅(qū)動(dòng)器的電壓穩(wěn)定。

　　相機(jī)閃光燈-大多數(shù)超過(guò)130萬(wàn)像素的手機(jī)相機(jī)都要求強(qiáng)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(qiáng)度直接和間接地影響圖像質(zhì)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(jī)或平板電腦的附屬設(shè)備功能還很有限。功能的演進(jìn)需要更好的電源來(lái)延長(zhǎng)通信距離和提高數(shù)據(jù)速率。

　　電池供電的小型低音和超低音聲響系統(tǒng)--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(yīng)瞬態(tài)功率要求，特別是當(dāng)只有電流需求改變時(shí)。具有高能量密度和低ESR的超級(jí)電容可以提高這種場(chǎng)合中的系統(tǒng)性能。越薄的外形尺寸使得它們能夠裝配進(jìn)最終產(chǎn)品或低音產(chǎn)生子系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)中。

　　個(gè)人音頻放大器和醫(yī)療聽(tīng)力系統(tǒng)-集成藍(lán)牙和其它無(wú)線射頻技術(shù)，數(shù)據(jù)流可直接進(jìn)入設(shè)備。RFI和真實(shí)聽(tīng)力援助中心（THAC）問(wèn)題。

　　LED驅(qū)動(dòng)器-電壓穩(wěn)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(yōu)勢(shì)。

　　未來(lái)

　　未來(lái)增長(zhǎng)將通過(guò)擴(kuò)展產(chǎn)品到大規(guī)格性能疊層、將能量打包為結(jié)構(gòu)化單元（如太陽(yáng)能陣列背板到混合動(dòng)力汽車電池組）推動(dòng)。

　　PowerPatch實(shí)現(xiàn)可以有多個(gè)輸出，而未來(lái)還會(huì)有多種電壓。這些優(yōu)勢(shì)使得PowerPatch能夠連接到相鄰的多個(gè)負(fù)載，以便獲得可能最小的ESR。PowerPatch可以用來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行乘除運(yùn)算，然后直接饋送給負(fù)載，或作為電壓轉(zhuǎn)換器的輸入，也可作為連接電壓轉(zhuǎn)換器的存儲(chǔ)器。

　　未來(lái)，PowerPatch將支持把元件直接安裝到PowerPatch上，比如穩(wěn)壓元件、開(kāi)關(guān)和控制器件以及RFID元件等。