電池是一種方便、高密度的能量儲存。它們成為互聯(lián)無線和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的中流砥柱并非偶然。然而，電池有很多不喜歡的地方：

* 尺寸和形狀 – 圓柱形或紐扣電池具有笨重的外形，很難適應(yīng)消費者喜歡的時尚和超薄設(shè)計。

* 總擁有成本高——當(dāng)電池完全放電或達到其循環(huán)壽命結(jié)束時，在工業(yè)或商業(yè)產(chǎn)品中更換電池需要技術(shù)人員現(xiàn)場參加，每臺電池的費用可能高達 200 美元。

* 破壞環(huán)境足跡 – 電池含有有害或有毒化學(xué)物質(zhì)。由于電池中的材料難以回收和回收，因此在使用壽命結(jié)束時進行處置很困難。

* 面臨繁重的合規(guī)要求——各國政府對電池造成的環(huán)境危害采取了越來越激進的立場，未來幾年對含有電池的產(chǎn)品的監(jiān)管環(huán)境似乎將變得更加敵對。

這些因素解釋了為什么小型互聯(lián)設(shè)備制造商正在尋求能量收集（通常是光伏電池）和超級電容器的組合，作為電池電源的更便宜、免維護的替代品。

評估超級大盤股

能量收集器與傳統(tǒng)的圓柱形超級電容一起消除了更換電池的高昂成本，并使 OEM 免于遵守嵌入式電池法規(guī)的義務(wù)。然而，這種方法在與電池相關(guān)的另外兩個問題上存在不足：

* 傳統(tǒng)的超級電容體積龐大，與電池一樣限制了機械設(shè)計自由度。

* 傳統(tǒng)的超級電瓶含有有毒物質(zhì)和持久性“永久化學(xué)物質(zhì)”的破壞性混合物，并且難以回收。

化學(xué)和生產(chǎn)方面的創(chuàng)新促成了一種新型袋式超級帽的開發(fā)：完全無毒、完全可回收和超薄。這提供了設(shè)計自由度，并且尺寸也適合在智能卡中使用。袋式超級電容技術(shù)提供了一種綠色且節(jié)省空間的方式，可從新的智能設(shè)備設(shè)計中消除電池。

環(huán)境負擔(dān)

原始設(shè)備制造商避免使用電池的動機越來越強烈。由于電池的制造量和最終的處置量不斷增加，電池的環(huán)境足跡問題變得越來越嚴重。智能設(shè)備以及大多數(shù)無線和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要自主、無線電源;如今，電池是 OEM 的默認選擇。

圖 1：Ligna Energy 超級電容器內(nèi)部的材料是生物基的

但這正在積累一個巨大的電子垃圾問題。根據(jù)歐盟委員會的數(shù)據(jù)，2022 年，歐盟售出 244,000 噸便攜式電池。同年，只有111,000公噸廢舊便攜式電池被回收。

當(dāng)電池達到使用壽命并進入廢物處理系統(tǒng)時，它們遠非良性。大多數(shù)含有對人類和野生動物有毒或有害的化學(xué)物質(zhì)，包括鋰、錳和鈷，以及重金屬和 PFAS（全氟烷基物質(zhì)和多氟烷基物質(zhì)）。電池生產(chǎn)過程中也存在使用壽命結(jié)束時的潛在危害。開采用于生產(chǎn)電池的材料本身往往會破壞環(huán)境，這些材料的用戶面臨違反要求避免使用沖突礦產(chǎn)的標準的風(fēng)險。

因此，難怪有遠見的政府正在出臺旨在減少大規(guī)模生產(chǎn)和處置電池造成的危害的法規(guī)。

例如，歐盟最新的《電池法規(guī) 2023/1542》旨在確?！拔磥黼姵靥甲阚E低，有害物質(zhì)使用最少，需要更少的非歐盟國家原材料，并在歐洲得到高度收集、再利用和回收”。其他法規(guī)在世界各地的司法管轄區(qū)正在生效或正在考慮中。

隨著物聯(lián)網(wǎng)對象的數(shù)量從數(shù)十億增加到數(shù)萬億，電池問題的規(guī)模將變得更糟。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的趨勢是變得越來越小、越來越薄，這使得保持鋰基電池的安全運行和在設(shè)備使用壽命結(jié)束時回收材料變得更加困難。

產(chǎn)品重新設(shè)計

以超級電容為儲能元件的能量收集系統(tǒng)，取代智能設(shè)備中的電池，提供“永久電力”，消除了更換放電電池的高額費用。它還免除了原始設(shè)備制造商遵守電池法規(guī)的義務(wù)。

使用傳統(tǒng)的超級電容器留下了潛在環(huán)境危害的問題。傳統(tǒng)的超級電容器通常含有重金屬和 PFAS。有些甚至使用鋰作為電極材料或電解液中的鋰鹽。

此外，標準外形是圓柱形的，直徑很大，限制了產(chǎn)品制造商創(chuàng)建輕量化和超薄設(shè)計的能力。以圓柱形外形尺寸提供的典型示例長 8 毫米，直徑為 20.5 毫米。

這些尺寸允許將超級電容嵌入到電子貨架標簽、資產(chǎn)跟蹤器、智能卡和智能恒溫器等產(chǎn)品中。

生物基材料

現(xiàn)在，通過制造技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計和材料成分方面的創(chuàng)新相結(jié)合，已經(jīng)出現(xiàn)了嵌入式電池使用中固有的多重問題的解決方案。Ligna Energy 的 S-Power 系列超級電容器是研究和開發(fā)的成果，旨在尋找傳統(tǒng)超級電容器的無毒、可回收和可持續(xù)的替代品。

如今，Ligna Energy S-Power 超級電容器中使用的所有材料都是完全安全無毒的，可以安全處置，不會對人類或野生動物造成傷害。超級電容器與標準回收或處置方法兼容，包括粉碎或燃燒。

基于光伏電池和 S-Power 超級電容的能量收集系統(tǒng)的溫室氣體足跡遠低于電池電源（見圖 1）。將基于 S-Power 2S 超級電容的電源和基于兩節(jié) AAA 電池的電池電源在主機產(chǎn)品的生命周期內(nèi)更換一次的光伏電池進行比較，Ligna Energy 解決方案的估計碳足跡在 27 克至 49 克二氧化碳當(dāng)量之間，而對于 AAA 電池系統(tǒng)，則為 223 克二氧化碳當(dāng)量。