基本信息
- 項目名稱：
- 薄膜電池與射頻非接觸充電的完美結合
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 全固態(tài)薄膜鋰電池體積小，能為小型化的電子線路供電，賦予其更強大的功能：如負載了薄膜電池的銀行卡就可從被動卡變?yōu)橹鲃涌?，存儲更多的?shù)據(jù)，進行卡與卡之間信息互換，提供更高級的安全措施諸如指紋識別等。 但為薄膜電池充電是一個難題，現(xiàn)廣泛使用的接觸式充電方式有簡便快捷的優(yōu)點，可若需使上述小型化器件發(fā)揮其強大的功能時，卻又存在諸多劣勢：導體裸露在外面的危險性；在充斥導電介質的環(huán)境中，電極易短路；若充電設備與終端之間存在相對運動等接觸障礙，接觸式充電方式的使用便存在困難。尤其當集成了薄膜電池的體系有密閉等要求，這都增加了設計的復雜性和控制的難度，而這恰是薄膜電池發(fā)展的一個主要方向。非接觸式充電則是一個很好的思路。 本作品制作的非接觸式充電裝置采用的是電波接收原理，其針對于薄膜電池設計又有相應的新特性：由于薄膜電池功率不大、充電電流小，本充電裝置能在較長的距離（10cm）對其進行有效充電，而且相應的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡便。 本作品將電波接收型非接觸式充電設想轉變?yōu)閷嵨?，使其能夠發(fā)射出與薄膜電池相匹配的充電電流與電壓，將薄膜電池與射頻非接觸式充電方式完美地結合在一起，極大地拓展了薄膜電池的應用領域。
- 詳細介紹：
- 過去數(shù)十年間，隨著CMOS 芯片、微電機械系統(tǒng)（MEMS）以及傳感器等電子器件微型化的發(fā)展對支撐電源的體積、功率和工作電流都提出了特殊的要求，迫切要求有體積小、重量輕、比容量高的微型致密電源與其相匹配。通過濺射沉積等方法所制作出的具有納米尺度的全固態(tài)薄膜鋰電池由于具有高功率密度、低自放電率、優(yōu)良的充放電循環(huán)性能以及形狀和尺寸可以任意設計等優(yōu)點，被認為是最有前景的微電池之一。薄膜電池與當今廣泛使用的粉體鋰離子電池相比，由于后者有相對較大的體積，很難作為未來微型器件及超薄器件的電源；而全固態(tài)薄膜鋰電池可以發(fā)揮其體積小的巨大優(yōu)勢，為小型化的電子線路以及微電子機械系統(tǒng)供電，從而賦予其更強大的能力。其應用領域主要有：多種微型傳感器、CMOS 集成線路、智能卡（Smart Card）、生物芯片和人體內的微型手術器和微型醫(yī)療器件等。 而如何對薄膜電池充電是一個問題。如今廣泛使用的接觸式電池充電方式有其簡便快捷的優(yōu)點，但若需使上述小型化薄膜化器件發(fā)揮其強大的用途，卻又存在諸多劣勢：首先，導體裸露在外面，電連接時容易產(chǎn)生火花，這對于易燃易爆場合危險性大；而且會因多次的插拔對接操作，引起機械磨損，導致接觸松動，不能有效傳輸電能；如果連接部件出現(xiàn)污物，將會導致接觸不良或者電連接失?。蝗粼诔睗竦幕虼嬖诔涑鈱щ娊橘|的環(huán)境，電極容易引起電路短路；再者，連接觸點的對接需要較高的精確性，如終端設備處于惡劣的環(huán)境、充電設備與終端設備存在相對運動、充電設備與終端之間存在無法避免的接觸障礙的情況下，以接觸為基礎的傳輸技術(導線傳輸、金屬接觸等)存在諸多隱患甚至無法使用；或者集成了薄膜電池的體系有密閉等要求，這都增加了設計的復雜性和控制的難度。 在這種情況下，非接觸式充電裝置為薄膜電池的充電提供了一個很好的思路。本作品制作的非接觸式充電裝置采用的是電波接收原理，而其針對于薄膜電池設計又有相應的新穎性：由于薄膜電池功率不大、充電電流小，本作品制作的非接觸式充電裝置能在較長的距離（10cm）對其進行有效充電，而且相應的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡便。減少了充電的限制，這使得薄膜電池在其應用領域中：包括以其為電源的各種微型及薄膜化器件，能夠得到更大程度的發(fā)揮。如在智能卡方面，負載了電源就可以使得由“被動卡”轉變成為“主動卡”，銀行卡之中如果集成了薄膜電池，首先可以存儲更多的數(shù)據(jù)，其次可以進行卡與卡之間的部分信息互換，再次可以為其提供更高級的安全措施諸如指紋識別等。正所謂薄膜電池和射頻非接觸充電的完美結合。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明目的： 制作能夠應用于小型化、集成化電路要求的薄膜電池，研制出為這種電池充電的非接觸式充電裝置，從而可以為薄膜電池的整合入微型化集成電路、主動卡等發(fā)展領域提供可能。 基本思路： 將較成熟的鋰電池電極材料薄膜化，制成薄膜電池，利用電波接收型原理，其有能非接觸式充電、充電距離較遠等特性，設計制作與薄膜電池相匹配的小功率非接觸式充電裝置，進一步優(yōu)化電路結構和接收裝置的構造，從而制作成概念型主動卡，即集成了電池的卡片，并進行裝置的性能測試，包括：充放電測試，能量損耗測量等等。從而最終得到與薄膜電池相完美結合的充電裝置。 創(chuàng)新點： 1.本項目將電波接收型非接觸式充電設想轉變?yōu)閷嵨铮槍τ诒∧る姵刈孕性O計了非接觸式充電裝置. 2.本項目制作出了與薄膜電池相匹配的非接觸式充電裝置，兩者的結合賦予了薄膜電池很大的應用空間：如負載了薄膜電池可以使得現(xiàn)有的被動卡轉變?yōu)橹鲃涌ǎM行大量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換等功能；而非接觸式充電使得主動卡的循環(huán)利用提供條件。 技術關鍵： 1.制作出薄膜化的全固態(tài)鋰電池。 2.制作出能與全固態(tài)薄膜電池匹配（充電電流、充電電壓和有效充電距離）的非接觸式充電裝置。 主要技術指標：（均以實驗室的薄膜電池為工作電池） 1.有效充電距離：9-11cm; 2.有效充電電壓：3.1V-4.5V； 3.有效充電電流：10μA-24μA。
科學性、先進性
- 全固態(tài)薄膜電池體積小、內阻小、比容量高、安全，適于應用在高度集成化的電路之中。但如果集成的體系有密閉等要求，或充電設備與終端設備存在相對運動等無法避免的接觸障礙的情況下，接觸式充電方式存在困難，甚至無法使用。 在此情況下，非接觸式充電方式為薄膜電池的充電提供了一個很好的思路?，F(xiàn)有已打算投入市場的非接觸式充電理念主要集中在手機和汽車上，其一般采用的為電磁感應原理，電磁感應型充電系統(tǒng)能夠發(fā)射的電磁波功率非常大，最大達到幾百千瓦，但發(fā)射器能夠發(fā)射的距離僅為1cm以下。而長距離的非接觸式充電也有相關理論預測：電波接收型的最大發(fā)射距離可長達10m，諧振型無線傳輸電能發(fā)射距離可達到3m-4m，但是都只是理論上的預測。而本作品運用了相關知識將非接觸式充電想法轉變?yōu)閷嵨铩１咀髌分谱鞯姆墙佑|式充電裝置采用的是電波接收原理，其針對于薄膜電池設計又有相應的新特性：由于薄膜電池功率小、充電電流小，本裝置能在較長的距離（10cm）對其進行有效充電，而且相應的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡便。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 專利轉讓，技術合作，技術支持
作品可展示的形式
- 實物產(chǎn)品，圖紙，現(xiàn)場演示，圖片，樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品的技術特點和優(yōu)勢在于：其針對薄膜電池的電壓和電流設計了相應的非接觸式充電裝置，具有較長的有效充電距離；現(xiàn)階段成本較低，整套裝置在500元左右。 本作品的適應范圍和推廣前景主要在于：其為部分情況下薄膜電池的充電提供了一種理想的充電方式，為薄膜電池應用拓寬了空間。薄膜電池應用用途包括：多種微型傳感器、CMOS 集成線路、智能卡等。本作品的推廣主要和薄膜電池的推廣相結合在一起。 本作品的市場經(jīng)濟效益體現(xiàn)在：其為某些薄膜電池器件的必備配件。隨著科技的發(fā)展，電子線路向小型化方向不斷進展，薄膜電池的應用必將成為未來的一種趨勢，可以預測非接觸式充電裝置作為必備配件，將隨著薄膜電池的發(fā)展而得到推廣。此非接觸充電裝置成本較低，進一步生產(chǎn)可降低成本，并進行小型化、包裝美化等改進，從而獲得大眾青睞。
同類課題研究水平概述
- 薄膜電池方面：目前除了復旦大學化學系激光化學所傅正文教授研究組之外，國內還沒有相關基于無機電解質的全固態(tài)薄膜鋰電池研究，國外僅有幾個實驗室如橡樹嶺國家實驗室對全固態(tài)鋰電池有過一定的研究，傅正文教授實驗室的研究達到了國際先進水平。 非接觸式充電裝置方面：在國內有重慶大學自動化學院孫躍教授帶領的課題組做過相似的課題研究，攻克了非接觸感應供電的關鍵技術難題，建立了完整的理論體系，并率先研制出了非接觸電能傳輸裝置。據(jù)孫躍教授介紹，重慶大學已經(jīng)研制出的裝置，能夠實現(xiàn)600至1000瓦的電能輸出，傳輸效率為70%，并且能夠向多個用電設備同時供電，即使用電設備頻繁增減，也不會影響其供電的穩(wěn)定性。 目前國際上研究非接觸式充電方式集中在電磁感應型，其主要應用領域為電動汽車和手機等方面。日本公司以及科研機構已經(jīng)有一些相關的專利文獻，其主要為針對于手機等等數(shù)字產(chǎn)品的充電設想；此外還有一些相關課題研究的報導，比如對高速公路上汽車的遠程充電，美國麻省理工學院的科學家提出的利用變壓器內部存在近距離電磁感應現(xiàn)象可以進行遠程充電。 本項目利用的是電波接收原理。而在電波接收型方面，目前準備投入商業(yè)應用的有Powercast公司，在進一步開發(fā)之中，其主要應用于手機充電方面。 但是到目前為止，國內外還沒有課題組把射頻非接觸式充電方式應用于全固態(tài)薄膜電池的充電上，本作品在這一點上是概念和技術上的革新，可稱為兩者的完美結合。
