http://phys.org/news/2012-08-bendable-battery-functional-all-flexible-electronic.html
By Lisa Zyga, August 10, 2012
(Phys.org) -- 將一種新的可撓式、薄膜鋰離子電池連接到一個彈性有機 LED 上，一個來自南韓的研究團隊展示第一個功能完整的全可撓式電子系統（all-flexible electronic system，全軟性電子系統）。換句話說，他們證明了，在不需要大量電子零件的協助下，彈性顯示器與電池能完全整合在單一塑膠基質上。這項成就依賴一種新的製造方法，那使得彈性電池能與各種電極材料配合（work with），克服先前的電極限制。
研究者，來自南韓大田的 Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)，已將其可彎曲鋰離子電池的研究發表在最近一期的 Nano Letters 上。
雖然已有其他數種彈性鋰離子電池被開發出來，但在運作穩定性上，沒有一種的表現，足以使其被應用到商業化產品中，例如可捲曲（rollable）顯示器以及其它可撓式消費性電子產品。理由是，由於製造上的困難度，這些電池的電極只能以少數幾種材料製成，而且這些材料的表現也不優。如共同作者，KAIST 的 Keon Jae Lee 的解釋，某類理想的陰極材料會是鋰過渡金屬氧化物，然而，這類材料目前無法被整合到可彎曲的鋰離子電池內。
"被當成陰極使用的鋰過渡金屬氧化物，為其結晶度（crystallinity），得在高溫下處理（例如：鋰鈷氧化物約需攝氏 700 度），" Lee 表示。"然而，要熱處理彈性基質上的活性材料（如聚合物材料）是不可能的事。
為了克服這項限制，研究者開發出一種製造技術，允許他們熱處理電極材料，幾乎使任何材料都能拿來當電極用。這項技術，稱為萬能轉移法（universal transfer method），涉及將電池材料以有機方式沈積到脆雲母（brittle mica）基質上，與標準非可撓式電池組裝中所用的類似。接著，研究者使用膠帶將雲膜基質一層層地剝離。在大約 10 分鐘的「剝皮」後，研究者能移除所有的雲母基質而不會損害到薄膜電池。
接下來，彈性電池被轉移到一張彈性聚合物薄片上，並以另一張彈性聚合物薄片覆蓋。成果是一個彈性鋰離子電池，幾乎能以任何電極材料製成。在此，研究者把鋰鈷氧化物當陰極材料用，由於其高效能，在非可撓式鋰離子電池中，那目前是使用最廣的陰極。至於陽極，他們使用傳統的鋰。
"我們製造出一個高效能彈性鋰離子電池，利用高密度無機薄膜以萬用轉移法製成，不管電極化學成份為何，使各種不同的鋰離子電池得以實現，" Lee 表示。 "此外，為了高效能鋰離子電池，它能在聚合物基質上形成在高溫下退火的電極。"
測試時，研究者證明，新彈性鋰離子電池，具有可撓式鋰離子電池中，最高的充電電壓（4.2 V）與電荷容量（106 μAh/cm^2）。他們亦證明該電池能以高曲率角度彎曲。然而，在 100 次的充放電週期後，電池喪失掉一些容量。彎曲變形的程度，它維持在原本容量的 88.2% 與 98.4% 之間。
如研究者的解釋，幫助他們在高曲率角度下達到有史以來最高效能的一項秘訣是，將電池的活動部件置於電池薄膜的力學中立空間（mechanically neutral space）內。當電池薄膜彎曲時，平衡作用（counterbalance）在外側的伸長應變（ensile strain）與內側的收縮應變（compressive strain）之間形成，那在中間創造出一個力學上的中立平面。此外，研究者算出，在某種程度的彎曲下，收縮應力轉變成拉伸應力的那一點，其穩定性甚至比在脆弱的基質上更大。這項發現暗示，可撓式鋰離子電池也許比非可撓式鋰離子電池具有更高的穩定性與更好的效能。
為了打造首個功能完整的全可撓式電子系統，研究者將彈性鋰離子電池連結到一種可撓式有機 LED 上，後者在一種可撓的氧化銦錫基質上被製造出來。研究者接著以彈性聚合物包裹整套系統以強化力學穩定性。他們證明，甚至當電池處於彎曲狀態下，仍然可以供電給 LED。
在未來，研究者計畫改良電池效能，尤其是它的能量密度，同時研究透過一階段雷射抬昇製程（one-step laser lift-off process）而非使用膠帶，來大量製造。他們亦注意到這種新穎的萬用轉移方法能延伸到其他彈性裝置的製造，例如：薄膜奈米發電機、薄膜電晶體以及熱電裝置。
"我對於可撓式能源與自力供電之壓電能量收成，叫做奈米發電機，的結合有興趣，" Lee 表示。"全彈性電子系統及其與奈米發電機的擴充，可以預期會改變我們的日常生活。此外，為了要在消費性電子產品中實用化，增加電容量很重要。因此，這種 10 微米厚薄膜電池的 3D 堆疊，將會是一個有趣的主題。"
※ 相關報導：
＊ Bendable Inorganic Thin-Film Battery for Fully Flexible Electronic Systems
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302254v
Min Koo, Kwi-Il Park, Seung Hyun Lee, Minwon Suh,＊ 彈性、透明的超級電容器
Duk Young Jeon, Jang Wook Choi, Kisuk Kang, and Keon Jae Lee.
Nano Letters, 2012
doi: 10.1021/nl302254v
＊ 新多孔聚合物是一種威力強大的超級電容
＊ 鋰電池陰極的重要突破
＊ 新陽極技術使電池快速充電
＊ 錫—硫—鋰離子電池可成為傳統鋰電池替代品
＊ 「液態」 OLED 提供更多發光的可能性
＊ 來自電解液閘型奈米碳管EFT 的電致發光
＊ 研究者推出(印出) 新形態照明
＊ 人造彈性纖維製造商製造彈性電纜線（含影片）
＊ 輥對輥製程印出數千個便宜、彈性的記憶元件
＊ 透明彈性3D 記憶晶片
＊電漿子裝置將光轉換成電流
1 則留言:
透明導電薄膜 平板電腦一捲帶著走
【聯合報╱記者張念慈／新竹報導】2012.08.29
智慧型手機當道，但觸控面板最貴的材料「銦」不但價格高且須仰賴國外進口，工研院成功研發「低溫大氣壓電漿鍍膜技術」，運用一般材料「鋅」，讓成本從材料端就減少，國產設備也能獲得自主，不被進口高價材質限制。
工研院顯示中心主任程章林表示，目前幾乎人手一支智慧型手機、平板電腦，但在滑動的觸控面板上，最貴的材料就是「透明導電膜」（TCO）。長期以來觸控面板市場倚賴稀有金屬「銦」，全需仰賴國外進口，價格昂貴且須在真空鍍膜設備下製造。
工研院甫獲2012全球百大科技獎肯定的「低溫大氣壓電漿鍍膜技術」，運用一般性材料「鋅」替代「銦」，價格是銦的280分之1，除可從材料端就幫業界省下成本，也讓國產設備真正自主，無須仰賴國外進口。
程章林表示，大氣壓電漿技術生產的「圖案化透明導電膜」不但可運用在玻璃基板上，也可應用於軟性基板上，可以想見，未來「軟」的平板電腦「捲著走」不會是夢想。
透過低溫大氣壓電漿鍍膜技術，從材料著手並將特殊的真空製程變成一般環境下的製程，同時將高溫環境變成低溫，全程符合綠色製程，讓研發人員在更安全的環境中工作。也讓國內產業提早實現歐盟綠色製造的目標。
透明導電薄膜可應用在觸控面板、太陽電池、建築及智慧窗戶等產業，對國內產業助益甚大。
程章林指出，2018年整體電子紙面板市場值可望達120億美元，年複合成長率達57%，軟性顯示器與軟性綠色能源應用越來越廣泛，軟性電子市場前景看好。工研院以軟性電子元件及軟性顯示器技術研發切入，從生產、製造到使用，盼協助產業一次掌握所有關鍵環節。
◆ 石墨烯走向大尺寸
【蔡淑芬】2012-08-29 工商時報
藍石科技在「台灣2012觸控面板暨光學膜製程展」中，展示當今科技界最先進材料石墨烯的各種突破性應用成果。現任美國密西根大學教授宋均鏞表示，石墨烯具有高載子遷移率及極低的電阻率，已經被證明可用來發展出更薄，運算速度更快的電子元件，例如觸控面板、顯示器、石墨烯LED發光元件與體積小、電容量大的電池。同時，還可以將現有液晶顯示廣泛用於平板電腦及智慧手機，變得多樣，柔軟，甚至可以任意變形。
藍石科技表示，由蘋果帶動的觸控螢幕風潮，形成科技產品必備裝置，然而，它的應用卻已達到極致，消費者在視覺上的感受已呈現出審美疲勞和應用上單一。如今電子產品發展趨勢面臨了「吃軟不吃硬」的競爭環境，各家廠商紛紛開始進行軟性材料的開發。如何突破材質上的限制，科技界紛紛對在2010年獲得諾貝爾獎殊榮的石墨烯材料最感興趣。
石墨烯是由單層的碳原子形成的蜂窩結構薄膜，其厚度僅有0.34奈米，是目前世界上最薄但也是最堅韌的奈米導電材料。這項材料是在2004年，由英國曼徹斯特大學物理學家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫在實驗中從石墨中分離出石墨烯，並以此獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯發表後，這種神奇的材料便成為了極熱門的話題。宋均鏞博士說明，石墨烯是一個單原子厚度的二維材料，高載子遷移率及極低的電阻率，加上它具有柔軟性，及出色的光穿透率，石墨烯成為新一代顯示及觸控科技不可或缺的材料。
石墨烯本性上是一個具高度曲撓性的材料，例如將石墨烯轉移至軟性的PET塑膠基板時，可以讓塑膠膜變成柔軟的透明導電材料，且不像其它傳統氧化物透明導電材料，石墨烯的導電特性不因彎曲捲撓而有任何影響。
然而這樣的材料目前到底有多大的應用能力呢？石墨烯研究領域的專家林佑明博士與宋均鏞教授，合作開發出了目前世界上最大片的石墨烯製程，對角長度高達六十英吋。這個史無前例的突破將給觸控螢幕、超薄顯示器、薄膜鋰離子電池、LED、甚至新一代電晶體帶來新的應用和更大的商機。
林佑明博士表示，與以往的小片石墨烯不同，此次展示的大面積石墨烯已具備商業量產的可能，也具備有石墨烯的高級品質。同時，目前開發的材料及轉印技術已可以直接應用到大面積觸控面板及柔性平板顯示器。藍石科技大尺寸石墨烯應用將會在「台灣2012觸控面板暨光學膜製程、設備、材料展覽會」進行展示。
藍石科技團隊聚集海外在該領域的優秀人才和尖端技術，立志於將石墨烯的應用發揮到極致，更已經發展出多種石墨烯轉移至任意基材的解決方案，提供了工業尺寸之大面積石墨烯生產與產品開發的完整解決方案。同時，也可以針對業界在石墨烯應用軟性可曲撓電子產品上提供諮詢服務，也是目前有能力提供50吋以上高品質大面積石墨烯的唯一供應商。
張貼留言