【正文】 小結(jié)： 手機(jī)用戶對(duì)手機(jī)電池板目前的性能持最大的保留意見。事實(shí)上，隨著手機(jī)功能的增強(qiáng)，對(duì)手機(jī)電量的消耗將越來(lái)越大，但現(xiàn)在市場(chǎng)上的各種電池板仍較難滿足消費(fèi)者的一些需要，如應(yīng)急性的補(bǔ)充電量。1．3手機(jī)電池板市場(chǎng)分析電池板滿意度： 被訪者對(duì)目前市場(chǎng)上手機(jī)電池板的滿意度普遍不高，如下左圖所示。究其原因，被訪者認(rèn)為現(xiàn)有電池板的厚度、重量、電量等方面都可有所改進(jìn)，具體如下右圖示。 “突然斷電一問(wèn)題： 在右上圖中，被訪者對(duì)電池板的電量問(wèn)題給予了最大關(guān)注，造成這一結(jié)果的原因是一一9 1．4％的被訪者都曾遭遇過(guò)手機(jī)突然沒(méi)電的尷尬：小結(jié)： 解決“突然斷電’’問(wèn)題的關(guān)鍵在于能否及時(shí)給手機(jī)補(bǔ)充電量。1．4 “閃電貼”市場(chǎng)分析市場(chǎng)接受度： 調(diào)研中對(duì)“閃電貼’’定義如下：一次性貼紙型手機(jī)電池，粘貼在電池板背面即可使用，電量為傳統(tǒng)電池板一半左右。 被訪者對(duì)“閃電貼’’的性能產(chǎn)生了極大興趣。1 0 O％的被訪者表達(dá)了購(gòu)買意圖，其中8 7．1％的人“視價(jià)格而定’’，而剩下的1 2．9％人群表示“一定會(huì)購(gòu)買”。 性能關(guān)注度： 為了解被訪者對(duì)“閃電貼”現(xiàn)有和潛在性能關(guān)注度，被訪者被要求將1 0分按他們關(guān)注的重要型分配給以下幾點(diǎn)：價(jià)格，環(huán)保，使用便捷，電量，外觀時(shí)尚。結(jié)果如下圖所示： 價(jià)格： 被訪者對(duì)“閃電貼”的可接受價(jià)格范圍為：3．7元～8．2元。這為后期定價(jià)提供了一定依據(jù)。 購(gòu)買地點(diǎn)： 被訪者意愿如下圖所示：因此，便利店將是銷售渠道最重要的組成部分，書報(bào)亭和大型超市也需重點(diǎn)關(guān)注。 小結(jié)： “閃電貼”因其特有的市場(chǎng)定位，即應(yīng)急補(bǔ)充電量，市場(chǎng)前景良好。而電量和價(jià)格是市場(chǎng)占有率的最關(guān)鍵要素。2 海外市場(chǎng)：在回收的樣本中顯示，“閃電貼’’海外市場(chǎng)同樣具有潛力，且可接受價(jià)格都在1 0元人民幣以上，而銷售渠道也集中于便利店和大型超市。由于目前樣本量有限，不能估計(jì)實(shí)際市場(chǎng)情況。但從初步反饋可得知海外市場(chǎng)中應(yīng)急電池補(bǔ)充的市場(chǎng)需求也未能有效滿足，故“閃電貼’’前景無(wú)限。附錄二：超薄打印電池核心技術(shù)一．技術(shù)背景超薄電池是當(dāng)代高科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，并對(duì)解決微型化、芯片化設(shè)備和器件的能源問(wèn)題有重要的探索意義。現(xiàn)代物質(zhì)文明需要能源，它可分成兩大類：一類可直接由中央發(fā)電站或中央供熱系統(tǒng)供應(yīng)能源，因此本身不需要包括能源發(fā)生設(shè)備。另一類如大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備則需要自備能源。電池，是為適應(yīng)工業(yè)化需求而興起的一種主要的能源形式。與傳統(tǒng)電池相比，薄膜微電池(ThinkFilmBatteries具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：它不僅在外觀上突破了傳統(tǒng)電池的單一性、厚重性，更為重要的是由于它體積小、厚度薄，因此這種薄膜電源可像普通電子元器件一樣被集成化組裝在小型芯片內(nèi)，從而可以實(shí)現(xiàn)電源的大規(guī)模、集成化生產(chǎn)，并能廣泛用于智能卡、集成電路、便攜式電腦等眾多電子設(shè)備內(nèi)，大大減小這些設(shè)備的體積。而且，由于其厚度薄，正、負(fù)極間接觸面積較大，電極的活性物質(zhì)利用率較高，離子擴(kuò)散路程較短，因此薄膜電源內(nèi)阻較現(xiàn)有的電源小，放電時(shí)可避免由于電極過(guò)厚，需要較高的電流密度而導(dǎo)致的電極過(guò)度極化和電池性能衰減等不利影響。此外，薄膜電極和電池還可以制備到多種基底材料上，如金屬、陶瓷、塑料、紙張等，這也為它開拓了廣闊的應(yīng)用空間。二．技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)我們首次提出超薄打印電池的高技術(shù)概念并實(shí)現(xiàn)了將現(xiàn)代噴墨打印技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)電源的制備，研制出制備具有高能量超薄電極和超薄電池的新方法。目前制備超薄電池的主要方法是化學(xué)沉積和物理濺射，但其工藝繁瑣，實(shí)驗(yàn)條件要求高，生產(chǎn)成本昂貴，難以精確控制所需制備的電池大小、形狀和厚度，因而大大限制其作為大規(guī)模集成電路電源對(duì)集成化、高精密化要求。我們已經(jīng)成功制備出的超薄打印電池工作電壓與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)電池相當(dāng)，但是比能量大大優(yōu)于傳統(tǒng)工藝制備出的產(chǎn)品(例如：超薄打印鋅錳干電池的工作電壓為1．5伏，正極比能量為2 7 0mAh／g；而傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出的1．5伏鋅錳電池，文獻(xiàn)報(bào)道正極最高比能量為2 0 0mAh／g)。更為重要的是，利用我們的打印方法可以將電極和電池打印到各種基底上，大大簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)可精確控制打印電極和電池的位置、形狀、大小的特點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于微型電源形狀多樣化以及高精密化的要求。可以廣泛適用于大規(guī)模集成電路、微電機(jī)、微機(jī)械以及各種智能卡等各種電子產(chǎn)品。三．技術(shù)可行性論述1．納米材料在化學(xué)電源中的應(yīng)用納米科學(xué)技術(shù)是一門在0．1～1 0 0nm尺度空間內(nèi)研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的學(xué)科。它包括納米物理學(xué)、納米電子學(xué)、納米材料科學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計(jì)量學(xué)、納米制造技術(shù)等等，它是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索緊密結(jié)合的新型科學(xué)技術(shù)。進(jìn)入9 O年代，納米科學(xué)技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到化學(xué)電源領(lǐng)域。由于納米材料具有量子尺寸弓I起的特殊的量子限域效應(yīng)和界面效應(yīng)，因此納米材料具有與其它非納米材料所不同的許多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。納米材料、納米復(fù)合材料作為嵌鋰材料，由于其特殊的納米微觀結(jié)構(gòu)及形貌，可望更加有效地提高材料的可逆嵌鋰容量和循環(huán)壽命。納米活性材料所具有的比表面大、鋰離子嵌入脫出深度小、行程短的特性，使電極在大電流下充放電極化程度小，可逆容量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)；納米材料的高空隙率為有機(jī)溶劑分子的遷移提供了自由空間，和有機(jī)溶劑具有良好的相容性，也給鋰離子嵌入脫出提供了大量空間，進(jìn)一步提高嵌鋰容量及能量密度。在化學(xué)電源領(lǐng)域里，目前已經(jīng)研究開發(fā)出多種納米新材料。例如，用于鎘一鎳、金屬氫化物一鎳、鋅一鎳電池的納米相N i(OH)2，AB5型貯氫合金LaN i 3．5Co 0．8Mn0．4A l 0．3。用于鋰離子電池陰極材料的錳鋇礦型Mn02納米纖維，聚吡咯PPY)包覆尖晶石型L i Mn204納米管，T i S 2微管，納米晶態(tài)V02(B)、T i 02，熱解聚硅烷、聚硅氧烷、聚瀝青硅烷，以及多種納米復(fù)合材料。納米碳材料和納米二氧化錫材料則主要用作鋰離子電池的陽(yáng)極材料。另外，錳鋇礦型Mn02納米纖維還可以用作燃料電池的催化組分，納米晶態(tài)V02(B)既可用作4V鋰離子電池的陰極材料，又可作為陽(yáng)極與L iMn2 04配對(duì)組成1．5V水溶液鋰離子電池。納米科學(xué)技術(shù)已經(jīng)在材料科學(xué)、微電子技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)、生物學(xué)等領(lǐng)域不斷創(chuàng)造出奇跡和新進(jìn)展。從納米尺度上重新認(rèn)識(shí)和開發(fā)新型電池材料并制備出新型電池，一定也會(huì)成為下個(gè)世紀(jì)化學(xué)電源領(lǐng)域里最激動(dòng)人心的高新技術(shù)。2．現(xiàn)代噴墨打印技術(shù)噴墨打印是一種非撞擊、點(diǎn)陣式打印技術(shù)，墨滴由小孔直接噴射到介質(zhì)表面的特定位置以形成圖像。目前，噴墨打印機(jī)在打印機(jī)市場(chǎng)中占據(jù)著主流地位，造成這種市場(chǎng)發(fā)展潮流的原因是社會(huì)發(fā)展大環(huán)境和噴墨打印機(jī)本身技術(shù)的成熟兩方面因素形成的。PC、I n t erne t的日益普及深刻地影響著打印機(jī)這一計(jì)算機(jī)外設(shè)市場(chǎng)各個(gè)層次的發(fā)展，為噴墨打印機(jī)市場(chǎng)提供了發(fā)展的舞臺(tái)。另一方面，噴墨技術(shù)的日趨完善，技術(shù)成本不斷降低，使打印機(jī)價(jià)格直線下降。內(nèi)、外兩方面的因素為噴墨打印機(jī)的市場(chǎng)發(fā)展創(chuàng)造了條件。 社會(huì)生活水平的提高，人們對(duì)信息產(chǎn)品的接受，為噴墨打印機(jī)走向大眾鋪平了道路，噴墨技術(shù)本身的發(fā)展，使其在打印精度及色彩表現(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了可比擬照片的效果，人們對(duì)彩色噴墨打印機(jī)的印象也大為改觀。目前市場(chǎng)上流行的噴墨打印機(jī)的分辨率都在7 2 Odp i以上，有的甚至達(dá)到了2 8 0 Odp i，因此完全可以滿足我們用以制備超薄化學(xué)電源的需要。綜上，納米科技的飛速發(fā)展和現(xiàn)代噴墨打印技術(shù)的日趨成熟，為我們運(yùn)用噴墨打印技術(shù)制備超薄打印電池的設(shè)想的可行性提供了理論和實(shí)踐的依據(jù)。四．超薄打印鋅錳電池(一次性電池)及鎳鋅電池(可循環(huán)充放電池)利用循環(huán)伏安方法研究打印電極薄層電化學(xué)打印方法制備的二氧化錳正極的循環(huán)曲線掃描速度：1mVs一1(b)電沉積制備的二氧化錳薄膜的循環(huán)曲線 掃描速度：1mVs一1 圖七 二氧化錳正極循環(huán)曲線圖圖七為二氧化錳正極循環(huán)伏安曲線圖，其中a為噴墨打印方法制得的二氧化錳正極的循環(huán)伏安曲線(打印基底為真空蒸鍍金的紙，工作電極為采用噴墨打印技術(shù)制備的納米二氧化錳電極，對(duì)電極和參比電極均為金屬鋅，電解液為氯化銨和氯化鋅的混合液)，b為通過(guò)電沉積制得的二氧化錳薄膜的循環(huán)曲線(制備方法見附錄二)。由圖a可見在0．2 5 V左右出現(xiàn)的還原峰對(duì)應(yīng)為二氧化錳的還原反應(yīng)(二氧化錳初級(jí)還原反應(yīng)機(jī)理：Mn02+H2 O+e— Mn00H+0H一)。該峰呈尖銳且對(duì)稱型，說(shuō)明了此電極具有超薄特性，顯示了利用噴墨打印技術(shù)制備電極的優(yōu)越性。 (3)打印電極的放電特性研究 圖八二氧化錳正極的放電曲線圖圖八為二氧化錳正極的放電曲線，從中可以看出該薄層電極的放電平臺(tái)穩(wěn)定。根據(jù)放電時(shí)間以及循環(huán)伏安測(cè)試中計(jì)算得到的二氧化錳反應(yīng)質(zhì)量可以推算出該超薄電極的放電容量約為2 7 0mAh／g，放電電流密度為4．O 1 A／g。顯而易見，無(wú)論是從放電容量抑或是放電電流密度角度，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都顯示了其比傳統(tǒng)方法制備的二氧化錳薄層電極更加優(yōu)越的性能。產(chǎn)生該結(jié)果的主要原因?yàn)椋弘姌O的厚度極薄，電極中活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)擴(kuò)散過(guò)程可忽略，電極反應(yīng)速度快，且納米二氧化錳顆粒大的比表面積為電極反應(yīng)提供了較大的反應(yīng)面積，因此該電極顯示了高的電化學(xué)活性。由于能提供較大的放電電流密度及容量，該打印制備的納米薄層電極有望在微型、薄型電源領(lǐng)域發(fā)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而且，利用此電極制備方法，可以通過(guò)控制噴墨打印的次數(shù)來(lái)控制所制備電極的容量。 利用噴墨打印技術(shù)制備二次可充電池是本項(xiàng)目所設(shè)想的重點(diǎn)。zn—N i電池雖然價(jià)格稍貴，但從比能量，循環(huán)壽命，容量衰減等角度均較其他電池顯示了明顯的優(yōu)勢(shì)，且由于鋅來(lái)源廣泛，不具有毒性，不會(huì)像鎘一樣對(duì)環(huán)境造成污染，因此zn—N i電池的開發(fā)具有極大的潛力。目前zn—N i電池研究和開發(fā)的主要領(lǐng)域是手提式電子儀器、電動(dòng)自行車、助動(dòng)車、電動(dòng)摩托、電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)車的動(dòng)力源。我們選擇氫氧化鎳作為正極材料對(duì)超薄鎳鋅電池進(jìn)行了．初步探索性研究j已經(jīng)得到了性能較好的打印氫氧化鎳正極。 上圖為超薄打印鎳電極的循環(huán)伏安曲線，尖銳對(duì)稱的峰形體現(xiàn)了電極的超薄特性。0．4 1 V處的氧化峰對(duì)應(yīng)于二價(jià)鎳離子向三價(jià)鎳離子的轉(zhuǎn)化；0．3 0V處的還原峰則對(duì)應(yīng)于三價(jià)鎳離子向二價(jià)鎳離子的轉(zhuǎn)化。下圖為超薄打印鎳電極的放電曲線，由此曲線可以看出，該電極的放電比容量約為2 6 0mAh／g，目前文獻(xiàn)所報(bào)道的該項(xiàng)指標(biāo)，均小于2 0 0mAh／g。由此可見，用納米材料制備的超薄電極可以大大提高材料的利用率。五．技術(shù)認(rèn)證該技術(shù)榮獲首屆GE“愛迪生”杯全國(guó)重點(diǎn)高?？萍紕?chuàng)新競(jìng)賽一等獎(jiǎng)；第八屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)等一系列獎(jiǎng)項(xiàng)。并且是國(guó)家自然基金的重點(diǎn)扶持對(duì)象，發(fā)展前景樂(lè)觀。68 / 68