Что такое полимерная батарея?

Материалы положительных и отрицательных электродов, используемые в полимерных литий-ионных батареях, такие же, как и в жидкостных литий-ионных батареях, и принципы работы батарей в принципе одинаковы. Основное различие между ними заключается в электролите. В литий-ионных батареях используются жидкие электролиты, а в полимерных литий-ионных батареях - электролиты из твердого полимера. Этот полимер может быть "сухим" или "гелевым". В настоящее время в большинстве из них используются полимерные гелевые электролиты. Полимерные литий-ионные аккумуляторы можно разделить на три категории:

(1) Литий-ионный аккумулятор с твердым полимерным электролитом. Электролит представляет собой смесь полимера и соли. Этот тип батарей имеет низкую ионную проводимость при комнатной температуре и подходит для использования при высоких температурах.

(2) Литий-ионный аккумулятор с гелевым полимерным электролитом. То есть в твердый полимерный электролит добавляются пластификаторы и другие добавки для улучшения ионной проводимости, чтобы батарею можно было использовать при комнатной температуре.

(3) Литий-ионный аккумулятор с полимерным материалом положительного электрода. В нем в качестве материала положительного электрода используется проводящий полимер. Его удельная энергия в три раза выше, чем у существующих литий-ионных батарей, и он является последним поколением литий-ионных батарей.

Поскольку в них используются твердые электролиты, а не жидкие, полимерные литий-ионные батареи имеют такие преимущества перед жидкостными, как тонкость, возможность изготовления любой площади и формы, а также исключают такие проблемы безопасности, как утечка, горение и взрыв. Поэтому корпус батареи может быть изготовлен из алюминиево-пластиковой композитной пленки, что увеличивает удельную емкость всей батареи. Полимерные литий-ионные батареи также могут использовать полимеры в качестве материалов положительных электродов, что увеличивает их отношение массы к энергии более чем на 50% по сравнению с современными жидкостными литий-ионными батареями. Кроме того, полимерные литий-ионные батареи превосходят литий-ионные батареи по рабочему напряжению и продолжительности цикла заряда-разряда. Исходя из этих преимуществ, полимерные литий-ионные батареи называют следующим поколением литий-ионных батарей.

Перспективы развития полимерных литий-ионных батарей

Полимерные литий-ионные батареи уже более двух лет находятся на стадии разработки и коммерциализации по всему миру. Несмотря на быстрый рост продаж, их доля на рынке остается ниже 10%, что гораздо меньше ожиданий по сравнению с долей рынка жидколитиевых батарей в 90%. В силу различных факторов цены на полимерные батареи обычно выше, чем на жидколитиевые. Однако конкурентная среда в сфере мобильных устройств постепенно меняется, в частности, благодаря инновациям в дизайне, которые они привносят в мобильные устройства (например, превосходная производительность при толщине менее 4 мм и большие размеры аккумуляторов). Полимерные батареи получают все большее признание среди разработчиков мобильных телефонов, беспилотники, и медицинские приборы. Следовательно, производители полимеров уверены, что эра полимерных батарей обязательно наступит. Тенденции развития полимерных литий-ионных батарей можно проследить на примере развития мобильных телефонов. В настоящее время мобильные телефоны переживают следующие тенденции развития:

(1)Мобильные телефоны развиваются в направлении миниатюризации и ультратонкости, чтобы облегчить переноску потребителей;

(2) Персонализация дизайна мобильных телефонов отражается в том, что концепция дизайна больше не является оригинальной квадратной формой. Неправильные формы, кривые и дуговые конструкции стали основным направлением эстетики дизайна мобильных телефонов;

(3) Использование цветных экранов и постоянное расширение функций мобильного телефона. Для того чтобы сделать мобильные телефоны меньше, наиболее эффективным способом является уменьшение размера и толщины аккумулятора. Аккумуляторы толщиной менее 4 мм стали основной тенденцией тонких конфигураций мобильных телефонов. С точки зрения экономической эффективности, это особенность полимеров. Мобильные телефоны неправильной формы, кривые и дугообразные конструкции оставляют эффективное пространство для батарей неправильной формы. Жидкие прямоугольные формы не могут эффективно использовать пространство и имеют низкую емкость, в то время как ламинированные полимеры могут наиболее эффективно использовать это неправильное пространство и увеличить емкость. Некоторые производители выпустили дугообразные, трапециевидные и ранцевые аккумуляторы, которые могут увеличить емкость мобильных телефонов более чем на 50% по сравнению с жидкими аккумуляторами соответствующих спецификаций. Мобильные телефоны имеют все больше и больше функций, что приводит к увеличению энергопотребления. Соответственно, должна увеличиваться и емкость аккумулятора. Без увеличения толщины батареи полимерные аккумуляторы имеют очевидные преимущества. Аналогично, ноутбуки, Bluetooth-гарнитуры, беспилотники, медицинское оборудование, военная техника и другие электронные устройства, оснащенные ЖК-дисплеями, движутся в сторону мобильности и портативности. Их функциональность постоянно растет, а размеры экранов постоянно увеличиваются. Это открывает неограниченные возможности для бизнеса полимерные литий-ионные батареи.