Smartphones worden steeds vaker multifunctioneel ingezet. Men drijft het nu zelfs zo ver dat je binnenkort lenzen kan kopen om op je smartphone te monteren, waarmee je professionelere foto's kan trekken. Daarnaast fungeert het vaak als radio in de wagen en als notepad tijdens opleidingen. De klassieke lithium batterijen kunnen niet meer mee. Ziehier de oplossing...

Consumer electronics industrie

De consumer electronics industrie is drastisch veranderd de laatste jaren. Portable devices worden steeds meer multifunctioneel. Niet enkel in de context van een telefoon (SMS, bellen, email, ...), maar vooral in context van andere devices zoals camera's, betaalkaarten, ...

Om het nog wat verder te drijven: er bestaan tegenwoordig horloges waarmee je muziek afspeelt en je smartphone bestuurt, Android powered camera's met WiFi connectie, ...

Deze trend in power demand terms wordt vertaald in regelmatige pieken in energieverbruik. Ook bij draadloze sensoren moet men zorgen voor een meer duurzame bron van energie. In de afbeelding hieronder zie je de "stroomprofielen" van enkele smartphones en 'avarage'. Let vooral op het feit dat je voor verschillende functies op hetzelfde device, vaak veel meer of net heel weinig stroom nodig hebt. We komen wat verder terug op die variatie en hoe de sector dat kan opvangen.

Energy storage voor "Smart and Portable Electronic Devices"

Als we spreken over "smart and portable electronic devices", hebben we het over alle devices die klein genoeg zijn om als persoon dagelijks bij te hebben en die een steeds belangrijker wordende rol in ons leven gaan vervullen. Van tablets tot smartphones en andere gadgets.

De energy storage space van die devices is samengesteld uit primary (non-rechargable) en secondary (rechargable) batterijen. Zoals je op de afbeelding hieronder zal zien, zitten smartphones in het segment dat volledig rekent op secondary batterijen. Tegelijk zie je dat het vaak nog slechts speelgoed en horloges zijn die werken met non-rechargable batterijen.

Lithium (secondary) batterijen zijn de dominante technologie geworden bij small devices zoals laptops, smartphones, camera's en tablets. Dit komt door hun superieure energie densiteit karakteristieken. De consumer electronics industrie was verplicht om hun productie op enkele jaren tijd op te drijven naar miljarden units. Dankzij globalisatie (schaalbaarheid) kon men de productie optimaliseren en de prijs daardoor reduceren.

Supercapacitors passen perfect in de Emerging Energy Storage Landscape

Energie en stroom (power) staan omgekeerd evenredig met elkaar in verband. Verbruik je meer stroom, vermindert je energie capaciteit sneller. Minder stroom, betekent meer energie.

Zoals we in de eerste afbeelding zien, hebben smart devices vaak verschillende power profielen in verschillende situaties. Deze variabele power demands zorgen voor een verminderde totale energie capaciteit (lees: je batterij is veel sneller leeg). In het verleden was dit voor de industrie nog geen probleem, aangezien een GSM één functie had: bellen.

De capaciteiten van lithium batterijen worden dus in vraag gesteld. Hedendaagse R&D (research & development) mikt dan ook op een nieuwe generatie high energy density technologieën.

Supercapactitators kunnen hier de oplossing bieden. De eigenschappen van supercapacitors maken hen ideale kandidaten om op te treden waar lithium batterijen ondermaats presteren. In de afbeelding hierboven zie je dat de energie capaciteit van de verschillende soorten batterijen snel naar beneden duikt, wanneer ze een bepaald niveau van stroomverbruik benaderen. Je ziet echter wel dat supercapacitors veel langer horizontaal blijven en pas bij een veel groter stroomverbruik beginnen dalen.

Bij de variërende energieprofielen bij één device (zoals smartphones) kunnen supercapacitors ervoor zorgen dat zelfs bij high performance (denk aan muziek streamen via WiFi, terwijl je foto's trekt en bewerkt, wachtend op een paar emails en een Facebook status update van je vriend) de levensduur van de batterij aanvaardbaar blijft. Gedaan met midden in de dag wanhopig op zoek gaan naar een oplader?

Meer met minder, size matters

Naast het feit dat je met steeds meer variërende energieprofielen zit binnen één device, zit de sector ook nog met de trend waarbij devices alsmaar kleiner moeten worden. Men moet dus beter presterende batterijen ontwikkelen en er tegelijk voor zorgen dat ze kleiner zijn dan de vorige editie. Ter illustratie hieronder de evolutie in 'size' bij GSM's (smartphones).

Aan de Waseda Universiteit is size alvast geen probleem. Daar zijn ze er namelijk in geslaagd om een batterij te .. printen. Zie de foto hieronder.

Conclusie

Smart & portable devices is één van de snelst groeiende sectoren wereldwijd. Deze devices zijn de toekomst van communicatie en data. Jaarlijks worden er maar liefst meer dan 1 miljard mobiele telefoons "geshipped" en tablets hertekenen het volledige laptop-landschap. Energy storage solutions zullen dus een element van onschatbaar belang worden binnen de ontwikkeling van deze sector. De kans is groot dat we binnenkort geen "energy-manager" meer moeten spelen om de dag door te komen zonder tussenin je device te moeten opladen.

  • Multifunctionaliteit, de hele dag lang, wordt  commodity de komende 10 jaar.
  • Secondary energy sources zoals Lithium batterijen (momenteel 57% van de markt) zullen vanaf 2023 snel aan marktaandeel verliezen.
  • Tegen 2023 zal de energy storage markt 86 miljard dollar waard zijn. In datzelfde jaar zal de markt van supercapacitors al de 4.5 miljard mijlpaal bereikt hebben.

De informatie in dit artikel is gebaseerd op het IDTechEX-rapport"Batteries and Supercapacitors for Smart Portable Devices 2013-2023: Markets, Technologies, Companies". (Via de link sample pages & cases te bekijken).

Vond je dit artikel waardevol? Deel het dan hieronder via Twitter, Facebook of Linkedin.

Volg je @bloovi al op Twitter? #bloovi