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基本信息

項(xiàng)目名稱：
薄膜電池與射頻非接觸充電的完美結(jié)合
小類：
能源化工
簡(jiǎn)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(qiáng)大的功能：如負(fù)載了薄膜電池的銀行卡就可從被動(dòng)卡變?yōu)橹鲃?dòng)卡，存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，進(jìn)行卡與卡之間信息互換，提供更高級(jí)的安全措施諸如指紋識(shí)別等。 但為薄膜電池充電是一個(gè)難題，現(xiàn)廣泛使用的接觸式充電方式有簡(jiǎn)便快捷的優(yōu)點(diǎn)，可若需使上述小型化器件發(fā)揮其強(qiáng)大的功能時(shí)，卻又存在諸多劣勢(shì)：導(dǎo)體裸露在外面的危險(xiǎn)性；在充斥導(dǎo)電介質(zhì)的環(huán)境中，電極易短路；若充電設(shè)備與終端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)等接觸障礙，接觸式充電方式的使用便存在困難。尤其當(dāng)集成了薄膜電池的體系有密閉等要求，這都增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和控制的難度，而這恰是薄膜電池發(fā)展的一個(gè)主要方向。非接觸式充電則是一個(gè)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(duì)于薄膜電池設(shè)計(jì)又有相應(yīng)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(zhǎng)的距離（10cm）對(duì)其進(jìn)行有效充電，而且相應(yīng)的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡(jiǎn)便。 本作品將電波接收型非接觸式充電設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，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(jié)合在一起，極大地拓展了薄膜電池的應(yīng)用領(lǐng)域。
詳細(xì)介紹：
過(guò)去數(shù)十年間，隨著CMOS 芯片、微電機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）以及傳感器等電子器件微型化的發(fā)展對(duì)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(guò)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(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前景的微電池之一。薄膜電池與當(dāng)今廣泛使用的粉體鋰離子電池相比，由于后者有相對(duì)較大的體積，很難作為未來(lái)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(shì)，為小型化的電子線路以及微電子機(jī)械系統(tǒng)供電，從而賦予其更強(qiáng)大的能力。其應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)的微型手術(shù)器和微型醫(yī)療器件等。 而如何對(duì)薄膜電池充電是一個(gè)問(wèn)題。如今廣泛使用的接觸式電池充電方式有其簡(jiǎn)便快捷的優(yōu)點(diǎn)，但若需使上述小型化薄膜化器件發(fā)揮其強(qiáng)大的用途，卻又存在諸多劣勢(shì)：首先，導(dǎo)體裸露在外面，電連接時(shí)容易產(chǎn)生火花，這對(duì)于易燃易爆場(chǎng)合危險(xiǎn)性大；而且會(huì)因多次的插拔對(duì)接操作，引起機(jī)械磨損，導(dǎo)致接觸松動(dòng)，不能有效傳輸電能；如果連接部件出現(xiàn)污物，將會(huì)導(dǎo)致接觸不良或者電連接失??；若在潮濕的或存在充斥導(dǎo)電介質(zhì)的環(huán)境，電極容易引起電路短路；再者，連接觸點(diǎn)的對(duì)接需要較高的精確性，如終端設(shè)備處于惡劣的環(huán)境、充電設(shè)備與終端設(shè)備存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)、充電設(shè)備與終端之間存在無(wú)法避免的接觸障礙的情況下，以接觸為基礎(chǔ)的傳輸技術(shù)(導(dǎo)線傳輸、金屬接觸等)存在諸多隱患甚至無(wú)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(shè)計(jì)的復(fù)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(gè)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(duì)于薄膜電池設(shè)計(jì)又有相應(yīng)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(zhǎng)的距離（10cm）對(duì)其進(jìn)行有效充電，而且相應(yīng)的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡(jiǎn)便。減少了充電的限制，這使得薄膜電池在其應(yīng)用領(lǐng)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(fù)載了電源就可以使得由“被動(dòng)卡”轉(zhuǎn)變成為“主動(dòng)卡”，銀行卡之中如果集成了薄膜電池，首先可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，其次可以進(jìn)行卡與卡之間的部分信息互換，再次可以為其提供更高級(jí)的安全措施諸如指紋識(shí)別等。正所謂薄膜電池和射頻非接觸充電的完美結(jié)合。

作品圖片

  • 薄膜電池與射頻非接觸充電的完美結(jié)合
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明目的： 制作能夠應(yīng)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(dòng)卡等發(fā)展領(lǐng)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(yuǎn)等特性，設(shè)計(jì)制作與薄膜電池相匹配的小功率非接觸式充電裝置，進(jìn)一步優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和接收裝置的構(gòu)造，從而制作成概念型主動(dòng)卡，即集成了電池的卡片，并進(jìn)行裝置的性能測(cè)試，包括：充放電測(cè)試，能量損耗測(cè)量等等。從而最終得到與薄膜電池相完美結(jié)合的充電裝置。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.本項(xiàng)目將電波接收型非接觸式充電設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，針對(duì)于薄膜電池自行設(shè)計(jì)了非接觸式充電裝置. 2.本項(xiàng)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(jié)合賦予了薄膜電池很大的應(yīng)用空間：如負(fù)載了薄膜電池可以使得現(xiàn)有的被動(dòng)卡轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)卡，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換等功能；而非接觸式充電使得主動(dòng)卡的循環(huán)利用提供條件。 技術(shù)關(guān)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(shù)指標(biāo)：（均以實(shí)驗(yàn)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(xué)性、先進(jìn)性

全固態(tài)薄膜電池體積小、內(nèi)阻小、比容量高、安全，適于應(yīng)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(shè)備與終端設(shè)備存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)等無(wú)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(wú)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(gè)很好的思路?，F(xiàn)有已打算投入市場(chǎng)的非接觸式充電理念主要集中在手機(jī)和汽車上，其一般采用的為電磁感應(yīng)原理，電磁感應(yīng)型充電系統(tǒng)能夠發(fā)射的電磁波功率非常大，最大達(dá)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(zhǎng)距離的非接觸式充電也有相關(guān)理論預(yù)測(cè)：電波接收型的最大發(fā)射距離可長(zhǎng)達(dá)10m，諧振型無(wú)線傳輸電能發(fā)射距離可達(dá)到3m-4m，但是都只是理論上的預(yù)測(cè)。而本作品運(yùn)用了相關(guān)知識(shí)將非接觸式充電想法轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物。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(duì)于薄膜電池設(shè)計(jì)又有相應(yīng)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(zhǎng)的距離（10cm）對(duì)其進(jìn)行有效充電，而且相應(yīng)的發(fā)射電波功率小、安全、接收電路簡(jiǎn)便。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利轉(zhuǎn)讓，技術(shù)合作，技術(shù)支持

作品可展示的形式

實(shí)物產(chǎn)品，圖紙，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于：其針對(duì)薄膜電池的電壓和電流設(shè)計(jì)了相應(yīng)的非接觸式充電裝置，具有較長(zhǎng)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(yīng)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(yīng)用拓寬了空間。薄膜電池應(yīng)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(jié)合在一起。 本作品的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(jìn)展，薄膜電池的應(yīng)用必將成為未來(lái)的一種趨勢(shì)，可以預(yù)測(cè)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(jìn)一步生產(chǎn)可降低成本，并進(jìn)行小型化、包裝美化等改進(jìn)，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(fù)旦大學(xué)化學(xué)系激光化學(xué)所傅正文教授研究組之外，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)基于無(wú)機(jī)電解質(zhì)的全固態(tài)薄膜鋰電池研究，國(guó)外僅有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室如橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)全固態(tài)鋰電池有過(guò)一定的研究，傅正文教授實(shí)驗(yàn)室的研究達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 非接觸式充電裝置方面：在國(guó)內(nèi)有重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院孫躍教授帶領(lǐng)的課題組做過(guò)相似的課題研究，攻克了非接觸感應(yīng)供電的關(guān)鍵技術(shù)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(xué)已經(jīng)研制出的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)600至1000瓦的電能輸出，傳輸效率為70%，并且能夠向多個(gè)用電設(shè)備同時(shí)供電，即使用電設(shè)備頻繁增減，也不會(huì)影響其供電的穩(wěn)定性。 目前國(guó)際上研究非接觸式充電方式集中在電磁感應(yīng)型，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡妱?dòng)汽車和手機(jī)等方面。日本公司以及科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)有一些相關(guān)的專利文獻(xiàn)，其主要為針對(duì)于手機(jī)等等數(shù)字產(chǎn)品的充電設(shè)想；此外還有一些相關(guān)課題研究的報(bào)導(dǎo)，比如對(duì)高速公路上汽車的遠(yuǎn)程充電，美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家提出的利用變壓器內(nèi)部存在近距離電磁感應(yīng)現(xiàn)象可以進(jìn)行遠(yuǎn)程充電。 本項(xiàng)目利用的是電波接收原理。而在電波接收型方面，目前準(zhǔn)備投入商業(yè)應(yīng)用的有Powercast公司，在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)之中，其主要應(yīng)用于手機(jī)充電方面。 但是到目前為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有課題組把射頻非接觸式充電方式應(yīng)用于全固態(tài)薄膜電池的充電上，本作品在這一點(diǎn)上是概念和技術(shù)上的革新，可稱為兩者的完美結(jié)合。
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