如果IlikaTechnologies公司(英國(guó)南安普敦市南安普敦大學(xué)科技園)能夠?qū)崿F(xiàn)其自供電系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)的夢(mèng)想，電池將從進(jìn)展最慢的技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展最快的先進(jìn)技術(shù)。

通過(guò)消除世界上所有其他電池技術(shù)(尤其是易燃的鋰離子電池)的液體核進(jìn)入到SoC的固態(tài)微米薄層中，電子電路中的每個(gè)芯片都可以變成自供電的，從而簡(jiǎn)化了印刷電路板設(shè)計(jì)，去除了目前所需的大電源。

Ilika的固態(tài)電池現(xiàn)在覆蓋全溫度范圍(從-40℃到+150℃)，使其可用在汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和其他惡劣環(huán)境。

ARM和Ilika已經(jīng)在合作研制自供電的系統(tǒng)級(jí)芯片信標(biāo)(beacon)，它介于可穿戴應(yīng)用和用于對(duì)牲畜進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的工業(yè)IoT應(yīng)用兩者之間。

“我們的固態(tài)電池現(xiàn)在可以適應(yīng)各種規(guī)模和操作環(huán)境。”在Ilika發(fā)布其擴(kuò)展溫度范圍的固態(tài)電池之前，Ilika的首席執(zhí)行官GraemePurdy對(duì)筆者表示，“例如，豐田是我們最早的合作伙伴之一，他們8年來(lái)一直資助我們的固態(tài)電池研發(fā)，并提出了一系列解決方案對(duì)方案進(jìn)行擴(kuò)展，以生產(chǎn)電動(dòng)汽車用的大電池。但他們也在篩選我們的材料，幫助將其縮小到芯片尺寸大小。到2025年，我們預(yù)測(cè)它們將會(huì)投入生產(chǎn)。”

圖1：全部相同的成分(陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì))都被使用但被堆疊在固態(tài)芯片上，以降低成本并延長(zhǎng)受電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

從易燃鋰離子電池向不可燃固態(tài)電池的轉(zhuǎn)變不會(huì)發(fā)生在一夜之間。事實(shí)上，Purdy預(yù)測(cè)，使用固態(tài)電池的第一批量產(chǎn)的最終用戶產(chǎn)品大約要到2019年面世。第一批進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)品可能會(huì)使用獨(dú)立式固態(tài)電池。

然而，一旦擺平所有問(wèn)題，使用太陽(yáng)能和振動(dòng)能量采集的可充電固態(tài)電池，以及“充電一次就不用再管的”10年壽命的固態(tài)電池供電產(chǎn)品，可能成為準(zhǔn)則、標(biāo)配而非例外。(位于明尼蘇達(dá)州ElkRiver的Cymbet公司目前為其250mm2的固態(tài)電池提供開發(fā)套件，這款電池有可能更早進(jìn)入市場(chǎng)。)

圖2：可充電模塊(右)可以具有背面集成的光伏電池(中間、直立的)，不斷為固態(tài)電池(左側(cè)、直立的)充電，用于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)限期的使用壽命，這里是用于溫度傳感器。

“我們的固態(tài)電池基于鋰離子技術(shù)，但是不僅具有固態(tài)安全性，能量密度還是后者的兩倍;用戶能以比液態(tài)鋰離子電池快6倍的速度充電固態(tài)電池，固態(tài)電池充電只要15分鐘，而不是1到1.5小時(shí)。”Purdy告訴筆者。

“就我們與豐田的關(guān)系，我們共同擁有適用于電動(dòng)汽車的大電池的專利，但I(xiàn)lika完全擁有小電池專利。”Purdy說(shuō)，“我們的專利覆蓋三個(gè)方面：與常規(guī)鋰離子相比所用的復(fù)合材料;其次，蒸發(fā)工藝(而非箔上油墨印刷用的粉末)申請(qǐng)了專利，我們以400℃進(jìn)行蒸發(fā);第三，我們申請(qǐng)了架構(gòu)以及組合不同成分方法的專利。”

圖3：完整的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備可與其固態(tài)電池(這里是在一塊子板上)集成，或者甚至可以集成在同一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)上，就供電可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，可以工作10年。

根據(jù)Purdy的說(shuō)法，固態(tài)電池的關(guān)鍵是使用硅陽(yáng)極，它不需要液體電解質(zhì)，相對(duì)環(huán)境更容易集成;即使部分暴露，與液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，對(duì)空氣和水分的反應(yīng)也較弱。

Purdy稱手頭上已經(jīng)有使用擴(kuò)展溫度范圍IP的許可證可以向工業(yè)IoT制造商發(fā)放，而對(duì)于消費(fèi)品制造商，則是有正常溫度范圍IP的許可證可以發(fā)放。事實(shí)上，Ilika的商業(yè)模式是絕不會(huì)與其被授權(quán)客戶發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，而是證明其技術(shù)概念，提供設(shè)計(jì)服務(wù)和示例應(yīng)用。

圖4：大批量訂購(gòu)時(shí)，滿布固態(tài)電池的晶圓使其制造具有可擴(kuò)展性和成本效益。

Ilika還為使用其授權(quán)IP來(lái)構(gòu)建自家芯片的客戶審核了幾家代工廠，包括臺(tái)積電(TSMC)。但該公司稱，任何慣常處理化合物半導(dǎo)體(如GaAs、SiC、GaN或OLED)的代工廠都可以制造其固態(tài)電池。例如，夏普公司歐洲實(shí)驗(yàn)室正在使用Ilika的IP開發(fā)自主的能量采集電源。