電池是一種方便、高密度的能量儲存。它們成為互聯無線和物聯網設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，很難適應消費者喜歡的時尚和超薄設計。

* 總擁有成本高——當電池完全放電或達到其循環壽命結束時，在工業或商業產品中更換電池需要技術人員現場參加，每臺電池的費用可能高達 200 美元。

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

* 面臨繁重的合規要求——各國政府對電池造成的環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品的監管環境似乎將變得更加敵對。

這些因素解釋了為什么小型互聯設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的義務。然而，這種方法在與電池相關的另外兩個問題上存在不足：

* 傳統的超級電容體積龐大，與電池一樣限制了機械設計自由度。

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

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

環境負擔

原始設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，電池的環境足跡問題變得越來越嚴重。智能設備以及大多數無線和物聯網設備需要自主、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。根據歐盟委員會的數據，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。

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

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

例如，歐盟最新的《電池法規 2023/1542》旨在確保“未來電池碳足跡低，有害物質使用最少，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”。其他法規在世界各地的司法管轄區正在生效或正在考慮中。

隨著物聯網對象的數量從數十億增加到數萬億，電池問題的規模將變得更糟。物聯網產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備使用壽命結束時回收材料變得更加困難。

產品重新設計

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

使用傳統的超級電容器留下了潛在環境危害的問題。傳統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，限制了產品制造商創建輕量化和超薄設計的能力。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、資產跟蹤器、智能卡和智能恒溫器等產品中。

生物基材料

現在，通過制造技術、產品設計和材料成分方面的創新相結合，已經出現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的成果，旨在尋找傳統超級電容器的無毒、可回收和可持續的替代品。

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 AAA 電池的電池電源在主機產品的生命周期內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 克二氧化碳當量之間，而對于 AAA 電池系統，則為 223 克二氧化碳當量。