薄膜印刷纸电池技术源于电子技术的发展
来源：郑州设计公司 更新：2013-5-30
“纸电池”概念自问世以来一直备受关注，因其具备轻巧、柔性、环保等传统电池所不及的优势，也被视为未来的新型电池。华裔科学家张霞昌博士率先发明了薄膜印刷纸电池技术，被誉为“纸电池之父”。
2013年5月16日，在第八届北京国际印刷技术展览会开展第三天举办的“第一届中国功能材料印刷技术发展论坛”上，介绍了薄膜印刷纸电池技术。据了解，薄膜印刷纸电池技术的终端产品包括有源或半有源型的RFID电子标签、标签传感器、智能卡和智能包装、医用电子药贴和化妆品等。中华印刷包装网记者有幸采访了张霞昌博士，现在就让我们一起走近他，了解更多关于“纸电池”的应用与发展空间吧！
什么是纸电池？
纸电池，是用纸张作为载体的电池。科研人员将由银和碳纳米材料制成的特殊墨水，涂在纸张上制成“纸电池”，为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光，华人科学家张霞昌博士是这种纸质电池的主要研发者。据他讲述，这种电池可作为智能卡、音乐贺卡和电子报纸等的电源，并可用于RFID（射频识别）电子标签，随着RFID技术的迅速发展，这种纸质电池的潜在市场未来有望达到几十亿美元。
“纸电池它实际就是一个电源，例如我手里这个带有纸电池的RFID商标，其实它就是一个RFID温度传感器标签，里面可以看出来有三个部分：电池、芯片和天线，芯片里面就有一个温度传感器，它主要应用在哪些方面呢？首先，它可以放在人体上，测量人的体温，比如很多疾病都需要这个检测，尤其是对在家里的病人，可以通过２４小时的温度检测，另外，社会上有很多食品、药品的质量安全问题，是怎么造成的？很多人都知道，除了生产单位的问题，还有很多流通环节的问题，譬如有些是需要冷藏的，不适宜温度太高，那么结果呢，应该是冷藏的地方没有冷藏，譬如牛奶就不能超过多少温度，要不然就坏了，如果它放冰箱里就能放好几天，这样这个产品就能让标签实现一个全过程的追溯。”张霞昌博士说道。
“譬如这是一个药品，在贴了这个标签之后，它就从生产出来的那天起就有一个身份证，此外它所处的环境的温度都有记录，当温度提高的时候，东西可能会坏，不同的产品对温度的需求也不同，当这个运输过程中，你可以通过阅读这个标签读出温度有无超标。在所有的产品中，只要需要冷藏、保鲜的产品都可以应用，譬如蔬菜的运输。”张霞昌博士一边演示着手中的样品标签，一边讲述。
和药品监管码的不同，药监码是非动态的，只能显示这个产品来自于哪里，问题是不能记录温度的变化。而装有纸电池的标签则可以令这个过程动态化，它的身体里有一个全球唯一的代码，相当于RFID的身份证，而且这个号码是全球唯一的，就是芯片上的号码。
“这个产品是刚刚研发出来的，核心除了纸电池的专利技术，还有就是带传感器的芯片。虽然以前就有带芯片的这门技术，但当时条件还不完善，现在随着物联网的普及，使得这个产品有了更广泛的用途。换句话说，以前我们追求的是产品出厂质量，现在我们追求的是全周期的质量监控，除了生产，还有库存、物流等流通领域，不管这个产品最后到了哪里，贴上这个标签之后，它就可以完整地记录这个产品的每一段路程，尤其为药品提供了一个有效的生命周期。”张霞昌博士说。
举个例子，如果是某种药品贴上了这类标签，那么医生就是最后的阅读者，他则只需要一个阅读器就可以读出这个药品是否合格；如果是私人用户，也可以通过手机里的RFID阅读器进行查看。另外，张霞昌博士还谈到了另外一种可能，他说：“我们还可以在这上面设置一个显示屏，终端用户只要按以下电源，相关信息就能在这个显示屏上读出，也能一眼辨出这个产品是否合格。”
“传感器标签，温度只是一个应用领域，它还可以变身为心跳传感器。还有一种是BIP标签，没有传感器的标签，它比传统的无源标签要强很多，但又比有源的弱一些，但价格非常适中，譬如武器的管理、图书的管理、资产的管理等。”
目前，张霞昌先生在昆山、宁波两地分别设厂，现在尚处于建设纸电池生产线阶段，终端产品还是在开发阶段，但已经出了一部分样品在进行市场推广。
新型纸电池作为一种新概念电池，目前还只能把这种新型纸电池定位为一种探索性研究发明。由于工艺和其他方面的原因，它并不能替代广泛使用的其他种类的电池，也不可能在短时间内占有市场。对于笔记本电脑、手机、数码相机乃至汽车都是一种理想的驱动装置。因为可塑性强，这种电池甚至可以被做成车门的形状，在驱动微型医疗装置(譬如心脏起搏器)方面有着其它电池不可比拟的优势。
回到印刷行业来看其市场前景还是可观的，或许是一场划时代的革新，因为印刷电子工业的发展就给了传统印刷工业更大的机会，传统印刷工业目前的技术很难取突破，但印刷电子的发展可以推动它的发展，所以二者的发展是相辅相成的。环保、低功耗、价格低、价值大，这是印刷电子工业的特性。
离开芬兰毅然选择回国创业，张霞昌博士坦言首要原因是因为自己是一个中国人。他说：“主要因为纸电池是未来印刷电子工业发展最重要的一个空间，作为一个中国人而言，回国创业也是一件很自然的事情，其实没那么多理由，很自然的就回来了。”
据统计，2011年，印刷电子产业全球总产值达到24亿美元，到2021年，印刷电子产业总产值有可能达到1000亿美元，这说明印刷电子市场的前景是非常广阔的。我国是电子产品的消费和生产大国，也是印刷大国。而张霞昌博士和他的纸电池技术也同样面临着巨大的市场机遇和空间，目前纸电池产品已经开发成功了，惟一欠缺的是推广它的用途。
也许很多人会有疑问，这样的电池能维持多长时间呢？张霞昌博士是这样回答的：“纸电池的寿命取决于功耗，一般而言它在货架上的时效在三年以上。功耗太小，所以纸电池的冷藏功率太小，在一般正常的低温零下18度至零下22度，都可以正常工作，但如果是零下80多度，它当然也就不会工作了。”
研究显示，在2伏的电压下，这种新型纸电池每克能产生10毫安的电流。据介绍，这种新型的电池除了制作方法创新外，还具有很多重要的特性，比如说柔韧性。这种新型的纸电池由于成分主要是纤维素，因此保持了纸的一些特性，具有较好的柔韧性。根据实验显示，这种电池对温度的适应能力相当强，在-70℃至150℃的温度区间都能正常使用。
面对新的市场，开拓起来有一定难度，但当这个市场一旦打开就会非常大。张霞昌博士对此很有信心，原因有二：首先是电池的技术，因为这个电池就是国际领先的，就是他发明的，“纸电池之父”这个荣誉早在国内媒体报道之前就已被欧美媒体广泛传播；其次，芯片也是海外最好的芯片，它本身就代表着国际最先进的水平。
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