可穿戴设备发展受阻:电池技术亟待创新

2015-09-02 08:32:09 点击数:

美国科技博客ReadWrite近日刊文称,在可穿戴设备发展的过程中,电池是最大的限制因素之一。尽管电池技术仍在发展,但发展速度很慢。

目前,提高能效、优化电池是可穿戴设备发展过程中优先级最高的工作。业内正在开发体积更小、效率更高、续航时间更长的能源形式。在开发可穿戴设备时,电池的尺寸、外形、容量和可靠性都是需要考虑的因素。

以下是可替代传统电池的其他能源形式:

起点:锂电池

纽扣电池,例如在药店中有售、被用在计算器和心率带中的CR2032就是一种锂电池。此外,还有一些尺寸更小的锂电池,例如用于助听器的CR1225。这些电池的容量随着尺寸的缩小而下降。大部分这样的电池是一次性的,通常被用在助听器、汽车遥控钥匙、灯开关、门铃,以及最初的可穿戴计算设备中。在需要方便更换电池的情况下,这些纽扣电池将继续得到应用。

扁平电池

扁平电池通常也采用了锂电池技术。由于支持充电并有着合适的尺寸,这些电池被大量应用至智能手机和手持设备中。由于体积决定了电池容量,因此这类扁平电池的体积要大于纽扣电池。这样的电池也适合扁平状的可穿戴设备,例如植入外衣的设备,以及挂在墙壁或家具上的远程监控设备等。

袋装电池

袋装电池是被包裹在塑料或聚合物中的锂电池组。这类电池可以有更多的外形和厚度,因此适合几乎任何小型封装的设备。这些电池也被用在手机中。这类电池的一大缺点在于某些时候电池封装内会出现气体,这会导致电池膨胀甚至爆炸。此类电池的外壳必须留有一定空间,以减小爆炸的风险。

石墨烯电池

这类电池吸引了材料科学领域的密切关注,可能代表了未来的发展趋势。在所有电池种类中,石墨烯电池是有着最高能量密度的电池形式之一,此外也有着较大的储存容量。目前,相对于其他类型电池,石墨烯电池的价格更贵,因此在市场上尚未普及。石墨烯电池技术还有很多方面需要改进,这在未来几年中值得关注。

超级电容

相对于普通电容,超级电容的充电泄漏很小,并有着很高的电容值。基于不同的应用场景,超级电容可以被作为主要电源,也可以作为传统电池的备份。超级电容的尺寸可能很小,但电容值能达到1法,甚至更高。超级电容可被用于低电流的可穿戴设备。此外,超级电容的充电时间远小于电池。例如,一个0.47法、5.5伏的纽扣状电容直径为11.5毫米,厚度为5毫米,与CR1225纽扣电池相仿。不过,即使是最大的电容,能存储的电量也仅为传统电池的1/10。以上所说的电容电力仅为4毫安时,低于CR1225的50毫安时。

能量采集

过去几年,多种形式的能量采集技术吸引了越来越多的关注,这些能量采集技术可被用于给电池或电容充电。能被转换为电力的能源形式包括机械动力(包括平移、振动和转动)、热、压电效应,以及射频电磁波。例如,应用在车胎胎压监控装置中的机械动力充电电池就是这样的例子。只要汽车没有长时间闲置,这样的胎压监控装置就会一直有电。

随着可穿戴设备类型越来越多,对小尺寸长待机设备、远程发送及转发设备,以及更强大的机器智能的需求将带来更高的能效以及电池容量。如果我们未能持续改进电池,那么整个可穿戴设备产业将会“断电”。