如(rú)何應對電子元器(qì)件(jiàn)行(xíng)業(yè)對環境的(de)影響

電子行(xíng)業(yè)已經對我們的(de)環境造成影響，而且這種影響将随著(zhe)行(xíng)業(yè)發展一直持續下去。從正面來看，在發電、照(zhào)明(míng)、電機控制(zhì)、傳感器(qì)和(hé)其他(tā)衆多應用(yòng)當中增加電子元器(qì)件(jiàn)的(de)使用(yòng)大(dà)幅提高(gāo)了能(néng)效，以及對環境進行(xíng)監測和(hé)控制(zhì)的(de)能(néng)力。而從負面來看，電子産品的(de)普及導緻垃圾填埋場(chǎng)充斥著(zhe)大(dà)量電子垃圾，增加了能(néng)源使用(yòng)量，并且向我們的(de)環境排放(fàng)有(yǒu)害物(wù)質。但(dàn)應該如(rú)何應對該問題，并促進該行(xíng)業(yè)沿著(zhe)電子元器(qì)件(jiàn)的(de)發展路(lù)徑不斷進步呢？爲了找到(dào)解決辦法，人(rén)們已經對該行(xíng)業(yè)内的(de)多種理(lǐ)念和(hé)趨勢進行(xíng)了探索。

更低的(de)功耗

與環境影響和(hé)可(kě)持續發展領域有(yǒu)關的(de)一種新趨勢是，對更低能(néng)耗的(de)需求。一個(gè)人(rén)随時都(dōu)要使用(yòng)五到(dào)六台電池供電設備，這種情況并不少(shǎo)見，例如(rú)，手機、智能(néng)手表、筆(bǐ)記本電腦(nǎo)、平闆電腦(nǎo)、智能(néng)耳機，等等。該領域的(de)整體趨勢是，不斷努力降低此類設備的(de)能(néng)耗。更低的(de)能(néng)耗使電池和(hé)設備變得越來越小(xiǎo)。對于設備用(yòng)戶來說，低能(néng)耗的(de)另一項好處是延長設備的(de)續航時間或電池的(de)使用(yòng)壽命。

如(rú)何爲電池進行(xíng)充電是新出現的(de)一項具體趨勢。電池的(de)化學物(wù)質需要獨特的(de)充電規範，從而在最大(dà)限度延長電池壽命，尤其是保護它們的(de)安全，因爲如(rú)果充電不當，有(yǒu)些化學物(wù)質會(huì)導緻爆炸。充電已然成爲一種複雜的(de)應用(yòng)，要求在充電周期内通過閉環、變量調整對電池溫度、電壓和(hé)電流進行(xíng)監控。正确充電還可(kě)以延長電池的(de)預期壽命。随著(zhe)更新的(de)化學物(wù)質被開(kāi)發出來，這項和(hé)充電複雜程度有(yǒu)關的(de)趨勢預計(jì)不會(huì)改變。更長的(de)電池壽命有(yǒu)助于延長設備的(de)使用(yòng)壽命，并最終減少(shǎo)垃圾填埋場(chǎng)中的(de)電子垃圾。

目前有(yǒu)一種頗受歡迎但(dàn)不如(rú)電池普及的(de)環保、有(yǒu)機能(néng)量存儲技術(shù)：超級電容器(qì)。它們沒有(yǒu)傳統電池的(de)容量和(hé)長期儲電能(néng)力，但(dàn)在充電時比傳統的(de)充電電池快得多，而且充電周期次數更多。由于超級電容器(qì)的(de)自放(fàng)電時間通常以周爲單位，因此潛在的(de)相(xiàng)關應用(yòng)需要考慮到(dào)這一點。多家供應商現已能(néng)夠提供超級電容器(qì)，圖 1 即 KEMET 超級電容器(qì)的(de)封裝選項示例。有(yǒu)些使用(yòng)電容器(qì)而非電池的(de)設備甚至可(kě)以通過普通環境光(guāng)進行(xíng)充電。這使此類設備成爲天然能(néng)源收集器(qì)，使用(yòng)光(guāng)作爲能(néng)量源來定期爲電容器(qì)充電，從而提供有(yǒu)效實用(yòng)的(de)能(néng)量。運動、熱(rè)差和(hé)光(guāng)可(kě)能(néng)是當前最常見的(de)能(néng)量收集形式。

能(néng)量收集

能(néng)量收集指的(de)是将外部來源的(de)能(néng)量（如(rú)太陽能(néng)、熱(rè)能(néng)、風能(néng)，等等）采集并儲存起來的(de)過程。典型應用(yòng)是一些小(xiǎo)型無線自主式設備，例如(rú)在可(kě)穿戴設備和(hé)無線傳感器(qì)網絡中使用(yòng)的(de)設備。圖 2 是一些常用(yòng)于爲小(xiǎo)型低功耗電子設備供電的(de) Littelfuse IXOLAR 太陽能(néng)電池。

能(néng)量收集的(de)曆史可(kě)以追溯到(dào)風車(chē)和(hé)水(shuǐ)車(chē)的(de)時代，但(dàn)尋找新的(de)能(néng)源收集設備背後的(de)動力源于爲傳感器(qì)網絡和(hé)移動設備供電，而不使用(yòng)電池的(de)需求。一個(gè)受歡迎而且還在不斷普及的(de)使用(yòng)案例是，對現場(chǎng)部署的(de)遠程傳感器(qì)進行(xíng)供電，因爲要對這些傳感器(qì)進行(xíng)電池更換不僅困難，而且成本高(gāo)昂。另外，對能(néng)源收集的(de)相(xiàng)當大(dà)一部分(fēn)關注還希望借此來解決氣候變遷和(hé)全球暖化問題。

一次性薄膜電池

另一個(gè)可(kě)持續替代選項是柔性印刷薄膜電池，又(yòu)稱作固态薄膜電池。顧名思義，固态電池的(de)内部結構爲“固态”，而非凝膠或液态。它們采用(yòng)纖薄的(de)薄膜材料設計(jì)和(hé)制(zhì)造。正因如(rú)此，薄膜電池才柔韌可(kě)彎曲，并且受到(dào)可(kě)穿戴感測應用(yòng)市場(chǎng)的(de)青睐。固态薄膜電池大(dà)多都(dōu)能(néng)滿足薄度和(hé)柔韌度方面的(de)市場(chǎng)需求，但(dàn)設計(jì)仍采用(yòng)锂基化學品或其他(tā)化學物(wù)質，因而依然可(kě)能(néng)破壞環境。

此外，消費類、化妝品和(hé)醫療市場(chǎng)也(yě)都(dōu)在積極試驗薄膜電池的(de)應用(yòng)。電動眼罩應用(yòng)是消費電子與化妝市場(chǎng)的(de)跨界産品。該眼罩的(de)微電流裝置由柔性印刷電池、電極、膠帶和(hé)覆蓋片構成。将貼片放(fàng)在皮膚上(shàng)，即刻就會(huì)産生電流回路(lù)，化妝品則可(kě)通過眼罩的(de)活性電極滲入皮膚。除此之外，薄膜電池的(de)消費電子市場(chǎng)應用(yòng)還有(yǒu)可(kě)穿戴電子、運動監測設備，其中包括一款低功耗藍牙 (BLE) 傳感器(qì)貼片，可(kě)附著(zhe)在高(gāo)爾夫球杆頂部側面以測量加速度和(hé)角速度。一次性薄膜電池的(de)醫療應用(yòng)包括患者診斷、治療和(hé)監護設備。

過去幾十年間，我們在新型以及不同類型的(de)能(néng)量源和(hé)電池的(de)開(kāi)發方面取得了長足的(de)進步，以此才能(néng)滿足全世界對常用(yòng)設備和(hé)應 用(yòng)不斷增長的(de)供電需求。近期，制(zhì)造商已然著(zhe)手開(kāi)發新一代的(de)電容器(qì)和(hé)電池；要求制(zhì)造這種新型電池的(de)材料儲量豐富、可(kě)持續，并且無論對于環境還是人(rén)類都(dōu)必須安全可(kě)靠。收集天然産生的(de)能(néng)量是很多公司正在探索的(de)另一種可(kě)持續實踐。工(gōng)業(yè)應用(yòng)、物(wù)聯網、消費類和(hé)醫療等市場(chǎng)都(dōu)已成功試驗和(hé)制(zhì)造出了使用(yòng)薄膜電池、超級電容器(qì)和(hé)能(néng)量收集設備進行(xíng)供電的(de)産品。雖然在提高(gāo)此類方法的(de)容量和(hé)制(zhì)造工(gōng)藝方面仍有(yǒu)待繼續發展，但(dàn)是一個(gè)迫在眉睫的(de)問題需要驅動開(kāi)發人(rén)員盡快解決：這些方法和(hé)實踐的(de)應用(yòng)發展該駛向何方？