一種新的鋰離子電池解決方案，可消除物聯(lián)網(wǎng)電源的瓶頸

2020-03-13

在拉斯維加斯舉行的CES 2020上，引入了旨在解決醫療保健，移動(dòng)性，農業(yè)等領(lǐng)域緊迫問(wèn)題的眾多下一代物聯(lián)網(wǎng)設備。但是，這些設備的發(fā)展也帶來(lái)了電源維護方面的問(wèn)題。電源中使用的大多數電池都是原電池，這會(huì )遇到容量問(wèn)題。對于二次電池或可充電電池，充電時(shí)間和電池壽命仍然是緊迫的問(wèn)題。此外，更換方法，壟斷的空間，實(shí)施過(guò)程中的局限性以及由于劣化導致的膨脹仍然是電池的問(wèn)題。

在去年的CES 2019上，NGK Insulators Ltd.（NGK）的硬幣和郵袋類(lèi)型“ EnerCera”系列榮獲CES創(chuàng )新獎（在智能能源類(lèi)別中）。隨著(zhù)二次電池產(chǎn)品系列的推出，解決物聯(lián)網(wǎng)設備電池問(wèn)題的期望越來(lái)越大。晶體取向陶瓷板僅由活性材料組成，在小而薄的主體內實(shí)現了高能量密度和低內阻。它還具有高溫安裝的獨特特性。EnerCera系列可以運行需要大電流（例如，幾10 mA至幾100 mA）的IC，傳感器和無(wú)線(xiàn)通信系統。此外，CV（恒定電壓）充電功能消除了使用充電器IC控制充電電流的需要。EnerCera系列的定位是在不久的將來(lái)提供一次電池的替代產(chǎn)品。

EnerCera有兩種類(lèi)型：“ EnerCera Coin”，一種厚度為1毫米至2毫米的硬幣型電池，用于安裝在電路板上；“ EnerCera Pouch”，一種超薄且可彎曲的電池，厚度為0.4毫米至0.45毫米，用于嵌入卡。EnerCera硬幣是通過(guò)向其帶有電極和隔板的全陶瓷堆疊式整體中添加少量液體電解質(zhì)制成的。NGK將這些獨特的電池定義為“半固態(tài)電池”。他們取得了世界上第一個(gè)工作溫度為85°C的鋰離子二次電池，使用壽命長(cháng)達10年，這是對物聯(lián)網(wǎng)設備的兩個(gè)很大要求。

物聯(lián)網(wǎng)設備普及的關(guān)鍵是解決維護問(wèn)題的電池

能量收集的定義是收集通常被丟棄的能量形式，例如太陽(yáng)能，熱能，風(fēng)能，鹽度梯度和動(dòng)能，然后重新使用它們。盡管近年來(lái)已經(jīng)普遍討論了其潛力，但是設備之間通信中對電源的需求使其難以實(shí)現。EnerCera具有獨特的特性，使其特別適合于能量收集。除了存儲少量電流的功能外，它還可以在需要時(shí)釋放大電流，其作用類(lèi)似于電容器。這種獨特的功能使EnerCera可以用作超小型/超薄封裝的免維護電源解決方案。

在2020年國際消費電子展（CES）上，NGK與其他公司合作展示了使用EnerCera的眾多應用，以展示IoT設備免維護電源解決方案的潛力。例如，該公司與瑞薩電子公司一起推出了基于能量收集的無(wú)線(xiàn)農業(yè)監控系統。關(guān)于所使用電池的效率，瑞薩電子給予了高度評價(jià)：“我們嘗試了多種產(chǎn)品，但EnerCera的產(chǎn)品遠不止這些。” NGK還在與理光公司合作的項目中，通過(guò)使用EnerCera Pouch來(lái)推進(jìn)通過(guò)能量收集來(lái)增加發(fā)電量的技術(shù)。此外，NGK與理光電子設備公司一起致力于基于室內光伏技術(shù)的免維護環(huán)境傳感器。

可以想象在農業(yè)中的未來(lái)，即通過(guò)不再需要更換或更換電池的IoT設備管理田地和農作物，從而降低了維護成本。這是NGK希望實(shí)現的未來(lái)。

在無(wú)線(xiàn)電源領(lǐng)域，該公司已經(jīng)宣布與Ossia和Powercast等領(lǐng)先公司建立合作伙伴關(guān)系，并有望開(kāi)發(fā)免維護的無(wú)線(xiàn)電源解決方案。雖然電源和維護是許多物聯(lián)網(wǎng)設備的瓶頸，但能量收集和無(wú)線(xiàn)電源將允許充電和運行，同時(shí)幾乎可以自動(dòng)執行設備管理。該技術(shù)的其他可能性在醫療保健，手表，家用設備和許多其他領(lǐng)域中也存在。

利用市場(chǎng)上不存在的解決方案創(chuàng )造新價(jià)值

NGK副總裁Ohwada先生在討論EnerCera在實(shí)現免維護IoT概念方面的潛力時(shí)，強調了上述優(yōu)勢：“我們的產(chǎn)品系列中的兩種型號都為具有以下特點(diǎn)的超小型/超薄IoT設備提供電源解決方案：市場(chǎng)上以前不存在。EnerCera囊袋超薄且可彎曲，可將其嵌入到柔性電路板中。另一方面，可以通過(guò)回流焊接將硬幣模型與其他電子組件一起安裝在電路板上，從而代替電容器作為分散的電源。”

他繼續提供該系列的愿景。“在零售和物流行業(yè)，EnerCera可用于物流標簽，電子貨架標簽以及在我們的生活空間（如智能家居）中實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)。在制造業(yè)中，我們看到了設備監控設備，電源備份，室外5G基站和5G解決方案的總體潛力?？傮w而言，我相信EnerCera將能夠超越我們的想象，并且我希望看到的解決方案涵蓋安全，預防性維護，節能以及許多其他小型但具有創(chuàng )新性的應用需求。我希望EnerCera能夠滿(mǎn)足各種各樣的需求，為智慧社會(huì )做出貢獻。”

憑借世界首創(chuàng )的高耐熱性能，EnerCera的潛力包括移動(dòng)性和工業(yè)市場(chǎng)

NGK于2019年12月宣布，EnerCera通過(guò)在85°C的溫度下運行而實(shí)現了世界上首個(gè)鋰離子二次電池。因此，該系列有望用于耐熱性至關(guān)重要的移動(dòng)性領(lǐng)域。這在2020年國際消費電子展（CES 2020）上得到了體現，汽車(chē)行業(yè)的大量物聯(lián)網(wǎng)公司參觀(guān)了NGK。討論的應用包括智能鑰匙，輪胎傳感器和電子控制單元（ECU），它們使用EnerCera作為汽車(chē)下一代物聯(lián)網(wǎng)中的分散電源?？傮w而言，行業(yè)內的期望很高。

在工業(yè)市場(chǎng)上，EnerCera的較大潛在應用之一是用作監視管道或其他人類(lèi)難以獨自完成的任務(wù)的電源。除此之外，通過(guò)將EnerCera與能量收集或無(wú)線(xiàn)電源一起用作電源解決方案，工廠(chǎng)的過(guò)程管理，建筑物和設備監控的照明和空調管理都具有潛力。

智能卡中的EnerCera –實(shí)現高安全性解決方案

自2019年以來(lái)，NGK一直在運送EnerCera系列的樣品，而早期的應用之一就是高功能智能卡。例如，在創(chuàng )建具有指紋認證的高安全性信用卡時(shí)，保持薄型和小尺寸的電池很重要，這使EnerCera成為自然選擇。此外，該系列與非接觸式讀卡器兼容的事實(shí)進(jìn)一步增強了其超快充電功能。臺灣的JINCO是少數使用EnerCera進(jìn)行具有指紋認證和其他無(wú)線(xiàn)通信功能的下一代智能卡開(kāi)發(fā)的公司之一。

Ohwada先生總結說(shuō)，EnerCera系列的評估板和模塊是與TOREX Semiconductors合作準備的，預計將在多種物聯(lián)網(wǎng)設備中使用，正如Ohwada先生總結的那樣：“我們希望EnerCera將被眾多公司采用，包括物聯(lián)網(wǎng)設備制造商，將其與功率IC，通信模塊或CPU / MCU相結合的IC供應商，以及能量收集和無(wú)線(xiàn)電源供應商，他們都希望將其用于充電。此外，EnerCera在生活方式，家庭，汽車(chē)和工業(yè)方面也具有潛力，我們相信它有潛力幫助各種IoT設備運行，從而為實(shí)現未來(lái)社會(huì )做出貢獻。”

關(guān)于領(lǐng)先的陶瓷制造商NGK

NGK是全球最大的絕緣子制造商，已開(kāi)發(fā)出電子和汽車(chē)領(lǐng)域的眾多產(chǎn)品，在全球占有極大份額。該公司最近慶祝成立100周年。NGK還是大容量?jì)δ芟到y（NAS電池）商業(yè)化成功的全球領(lǐng)先制造商，這顛覆了無(wú)法存儲電力的傳統觀(guān)念。這些已在全球200多個(gè)不同位置安裝。

NGK一直在為新產(chǎn)品的研發(fā)投入資源，包括可確保高度安全的可充電鋅電池。鋅可充電電池是蓄電池領(lǐng)域中世界上第一個(gè)獲得UL認證的安全標志的產(chǎn)品。

EnerCera只是通過(guò)NGK研發(fā)而誕生的產(chǎn)品之一，預計到2025年銷(xiāo)售額將達到150億日元。

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