穿戴设备和物联网的隐形电池

可穿戴设备市场和物联网（IoT）运动均预测在下一个十年迅速扩大。主要技术要求这些应用领域对电子元件是超低功耗，低成本，无线连接，并在大多数情况下，超小尺寸。
能量收集已鉴定为可穿戴设备和无线传感器节点供电的重要技术。电池的能量储存，同时，被视为必不可少的大多数应用程序。然而，今天的常规形式的因素，包括硬币电池，被视为一个严重的缺陷。薄、灵活性和能力是关键因素。因此，薄膜/固态和印刷电池提供最大的潜力。
这篇文章将提供关于电池技术的可穿戴设备持续供电的挑战，电池寿命和可充。它将突出的固态电池的新一代的优点，特别是它们的体积小，设计的灵活性，和通过收获环境能量无线充电的能力。

                 
图1：Cymbet 公司的 Enerchip CBC34813-M5C 与一个固态的可充电的，带实时时钟和集成电源管理电池结合。容量为5μAh，输出电压是2.5V，设备尺寸为5×5毫米，在2.5V时充电时间是15分钟。
市场的增长
[tr]虽然薄膜和固态电池已经存在了十多年，它是在新兴市场，包括可穿戴设备和物联网，产生显着的新的利益增长。据市场研究公司IDTechEx公司在其最近的报告中，“灵活、印刷和薄膜电池，2015到2025”，1市场将价值2024美元的设备3亿级。
[tr]该报告强调，不同的片段，包括可穿戴设备、物联网、RFID、电子消费品和医疗器械，将需要在形式因素，不同的电池功率密度、寿命，当然，价格点。可穿戴的应用将在很大程度上需要高能量的来源，如薄膜和柔性锂电池，预计将显示最高的市场潜力，该报告的结论。
[tr]据史提夫格雷迪Cymbet公司在刚刚发表，白皮书，为许多应用的限制功率。“新的电源解决方案将要求：电源解决方案，小，薄，自我充电，不需要更换。传统的电池根本无法满足要求，”格雷迪说。2
[tr]的主要驱动技术在可穿戴设备和物联网领域的增长的背后，即超低功耗处理器、传感器和射频/无线网络电路，都是现成的，并集成到非常小的封装–仅1毫米3，他补充说。
[tr]
[tr]电池寿命
[tr]大多数可穿戴产品将设计一个电源，具有持续的产品生命周期。有些设备可以仅仅通过能量收集技术动力。心跳动植入式心脏起搏器和超低功耗传感器节点通过射频或电磁波动力证明让无电池设计可行。
[tr]一些应用程序需要很小的功率和/或有一个有限的生命（如一些医疗设备或RFID标签），和一个单一的非充电电池可能足以上该产品的预期寿命。
[tr]然而，在许多情况下，电池是必需的，并且通常不能删除也不能充电，充电线连接。无线充电成为一个理想的选择。电池寿命已经是很多智能移动设备的最重要的方面，并会严重限制越来越渴望权力的特征和功能，可以合并，尽管超低功率电路的焦点。对于可穿戴设备，外形就像能力一样重要，作为理想的电池要小而薄，共包装与电子电路。
[tr]Cymbet的白皮书概述了大量传统化学电池的缺点，包括锂离子和硬币的细胞类型。这些包括火灾或爆炸的危险，尤其是当暴露于高温和反复充电。
[tr]同时，研究丰富在世界范围内，以增加电池容量，减少电池的尺寸，使其灵活，更重要的是，低成本。多种材料组合的发展和试验下，包括陶瓷复合锂、锂硫、碳/石墨烯锂，皱巴巴的石墨纸，石墨烯基纸，和更多。
[tr]薄膜、固态和纸柔性电池已经有些年头了，但往往是低容量和昂贵的。固态锂技术可以提供更高的容量，使其应用更加有用，但它在尺寸的费用。看下面的图2为例，最近的一个介绍。

图2：意法半导体的EFL700A39，纸一般薄，固态锂薄膜可充电电池
同时，IDTechEx公司观察到增加的精力投入到更大范围的印刷组件的开发，从标签射频天线，但现在已扩大到包括传感器、存储器和逻辑，以及存储设备，如电池和超级电容器。这将导致更高度集成化，小型化的解决方案，更适合于物联网节点，并最终可穿戴式应用的方式。

结论

电池的大小和形式因素可以说是最重要的挑战，以克服作为可穿戴技术和物联网运动迅速扩大。固态可充电电池，可以很容易地集成传感器和电子电路可以提供一个解决方案。然而，总有一个折衷的电池容量和大小方面。超低功耗电路，智能电源管理和能量收集可以作出重大贡献，以保持电力需求的控制下。无锂的解决方案提供了一个更生态的方法，而无线充电有助于保持规模最小。