位於英國南安普敦市南安普敦大學科技園區的Ilika Technologies,開發出可涵蓋完整溫度範圍(從-40℃到+150℃)的固態電池,使其得以在汽車、工業物聯網(industrial IoT)以及其他惡劣環境下使用。

藉由避免讓各種電池技術的液態核心——特別是易燃的鋰離子(Li-ion)——進入SoC的固態微米薄層,就能讓電子電路中的每個晶片具有自供電的能力、簡化電路板(PCB),而且無需目前所用的大量電源。

20170613_iLika_NT31P1 圖1:ARM和Ilika合作正打造一款自供電的SoC信標,它介於可穿戴應用和針對牲畜進行準確監測的工業IoT應用之間

Ilika執行長Graeme Purdy表示:「我們的固態電池如今已能適應各種規模和操作環境。例如,豐田(Toyota)是我們最早的合作夥伴之一,至今已資助我們的固態電池開發工作長達8年,並提出了一系列為電動車生產大型電池的升級解決方案。但他們也在篩選我們的材料,協助將其縮小至晶片尺寸,預計在2025年以前就能實現量產。」

20170613_iLika_NT31P2 圖2:採用與鋰離子電池相同的成份,包括陽極、陰極與電解質等;不同之處在於它堆疊在固態晶片上,以降低成本,並延長受電裝置的使用壽命

從易燃的鋰離子電池轉變為不可燃的固態電池,並不會在一夕之間發生。事實上,Purdy預測,使用這種固態電池技術的第一批量產終端產品要到2019年左右才會出現。首批進入市場的產品可能會使用獨立式固態電池。

然而,一旦解決了所有的問題,使用太陽能和振動能量採集的可充電固態電池,加上一次充電即可連續使用長達10年之久的固態電池供電產品,可能成為標準配備而非例外。(另一家美國業者Cymbet正為其250平方毫米的固態電池提供開發套件,可望更早上市。)

20170613_iLika_NT31P3 圖3:可充電模組(右)的背側整合式太陽能電池(中間,直立)持續為固態電池(左,直立)充電,用於現場無限期的壽命,此處是溫度感測器

Purdy說:「我們的固態電池是以鋰離子技術為基礎,但兼具固態安全性,以及兩倍的能量密度。此外,固態電池也比液態鋰離子電池的充電速度更快6倍——僅需15分鐘即可完成充電,不必再花1.5小時充電。」

「至於我們與豐田的關係,雙方目前共同擁有適用於電動車的大型電池專利。不過,Ilika完全擁有小型電池的專利。」Purdy說:「我們的專利涵蓋三方面:媲美傳統鋰離子的材料組合;其次是專利的(蒸鍍)製程。第三,專利的架構以及可組合不同成份的方法。」

20170613_iLika_NT31P4 圖4:完整的IoT裝置可與其固態電池整合,或甚至整合於相同的SoC,為穿戴式裝置持續供電10年

然而,固態電池的關鍵是使用矽陽極,因而無需使用液體電解質,也更容易進行封裝。即使暴露了一部份,也不至於像液態電解質鋰離子電池那麼容易對空氣和水份起反應。

Pudy宣稱該公司已經擁有可授權工業IoT製造商的擴展溫度範圍IP,以及針對消費產品製造商的正常溫度範圍IP。事實上,Ilika的業務模式並不至於與其授權客戶正面競爭,而是透過其概念驗證的技術,提供設計服務與案例應用,例如Stereax M250電池。

20170613_iLika_NT31P5 圖5:佈滿固態電池的晶圓可在大量訂購時,讓製造具有可擴展性與成本效益

Ilika還授權了幾家代工廠為客戶打造使用其授權IP的晶片,包括台積電(TSMC)。然而,該公司宣稱,經常處理化合物半導體(如GaAs、SiC、GaN或OLED)的代工廠,也可以製造其固態電池。例如,夏普歐洲實驗室(Sharp Laboratories of Europe)目前正採用Ilika IP開發自動能量採集電源。