眼下,喷涂机器人在国外已经是一项较为成熟的技术,自1986年***探讨了喷涂机器人的编程技术以来,至今已有三十多年的研究和发展历史。进入二十一世纪之后,各领域科学技术的快速发展,更是进一步推动了国外喷涂机器人的广泛应用。
截至目前,欧美、日本等发达***在喷涂机器人的研发应用上占据着主导地位,它们凭借着在喷涂机器人仿真技术、控制技术、远程再示教技术等方面,积累下的大量生产经验和实验数据,使得喷涂机器人的设计与制造逐渐进入到产业化、规划化发展阶段。
相比于起步较晚、发展较为迟缓的***,发达***喷涂机器人的发展呈现出几大特征:其一是控制系统可靠性更强,机器使用寿命更高;其二是机器人机构设计与优化性更好,研发成本和周期大大降低;其三是软件示教广泛应用,控制界面更加人性化;其四是通信实现数字化,信息共享和情报汇总分析更加协调与便捷;其五是感应技术应用更成熟,机器人作业精度和强度更明显。
与国外那些******相比,我国喷涂机器人研发虽然起步晚,市场应用也不够完善,但国内的市场化发展十分迅猛。2017年,我国喷涂机器人市场规模已经接近80亿元,市场销量也达到1.9万台,预计到2020年市场规模将突破140亿,销量有望超过4万台。
不过,虽然在国内旺盛市场需求下,喷涂机器人取得了一定规模的发展,但受关键技术、行业规范、产业偏重等因素影响,眼下我国喷涂机器人的市场化发展还面临不少问题。其中,核心技术、市场份额、行业规范,已成为制约发展的主要三大因素。
在核心技术方面,抛开在喷涂行业的工艺、材料和技术不谈,光在机器人本体及关键零部件上,与发达***的差距就始终无法弥补。而受到技术的制约,我国企业也只能集中在产业发展的系统集成部分,***化发展实力的不足,导致市场遭到了ABB、发那科、安川等国外企业的垄断,市场份额惨遭瓜分。
与此同时,由于进入低端市场的行业门槛不高,大量企业的涌入也搅浑了市场大水池,使得企业间竞争盲目而无序。有的大打价格战,有的盲目引进国外产品,有的产品功能名不副实……在这样的无序竞争中,企业和行业的发展都受到了严重打击。
标准化。眼下,由于喷涂机器人只有本体相对标准,行业发展的标准化程度只有不到50%,而标准化比重的提升,将有利于企业的规模化发展,因此未来,将有越来越多的企业会把目标转移到喷涂机器人本体与工艺的标准化提升之上。
智慧工厂。智慧工厂是现代工厂信息化发展的一个新阶段,核心是数字化。未来智慧工厂或数字化工厂的打造将会成为企业的主要业务方向,这将要求企业不仅加大硬件设备的集成,同时要更多的关注顶层架构设计和软件方面的集成。
企业整合。未来,企业整合潮流将难以抵挡,普通喷涂机器人集成商独木难支、无法做大,遭遇发展瓶颈后,加强整合将是趋势和出路。而整合过程中,工艺和渠道将是关键因素,企业需要额外关注。
目前超级电容器的趋势是更换可充电电池,为基于纳米技术的能源提供新的存储方法。与电池不同,超级电容器可在几秒钟内充电,并可承受几乎无限的充电周期。超级电容器具有比传统电容器更高的能量密度,但是比诸如物联网设备的电子产品中使用的标准电池具有更低的能量密度。
两个KEMET超级电容器的图像,FR0H224ZF(左)和FYD0H223ZF(右)
理论上可以用超级电容器替换电池,但更换整个电池组需要大量的电池。然而,随着稳步发展,超级电容器正在许多应用市场(如汽车行业)中获得关注,为网络化能源存储等新兴行业开辟了新的可能性。
超级电容器(有时称为SC)是能够快速存储和供应高功率电力以及大量循环(高达数百万次循环)而不会显示性能衰减的电化学装置。
***简单的超级电容器主要由两个电极和插入其中的电解质组成。电荷布置在电极/电解质界面中,并且没有化学氧化还原过程。由于累积的物理过程是有限的,所以材料必须具有高表面积以累积许多电荷。
超级电容器是双层电容器,具有非常高的容量但具有低电压限制。与电容器相比,超级电容器具有更大的面积,用于存储更多电荷,电容达到法拉(F)范围,并且它们比电解电容器存储更多能量。它们具有低漏电流,适用于可在1.8V-2.5V范围内工作的许多应用。超级电容器的寿命为10-20年,但在大约8-10年后,容量可以从100%降低到80%。
由于具有低等效串联电阻(ESR),超级电容器可提供高负载电流和快速充电。微型超级电容器是类似MEMS的器件,可以承受反复弯曲,因此适用于灵活的应用。这是可穿戴设备和物联网应用的理想选择。正在开发柔性固态微超级电容器玻璃,硅和纸基板。
当向超级电容器施加电压时,在表面上产生两个单独的电荷层,其间隔距离小于传统电容器的间隔距离。这就是超级电容器通常被称为双层电容器或EDLC的原因。
超级电容器与标准电容器的比较。图片来自FairpriceElectronics,源自Maxwell
超级电容器和电池有什么区别?
电池长期以来一直是能量储存的主要形式。它们如何被电容器克服,即使是“超级”电容器?
首先,电池逐渐失去充电能力,而电容器几乎提供无限的充电和放电循环。
其次,与电池相比,电容器具有非常低的内阻。它们可以提供比电池更多的瞬时功率。
对于具有能量供应机制的物联网(IoT)应用,将这种强大的能量存储设备结合到芯片中的能力是必不可少的要求。超级电容器和微电池是可以满足这些需求的两种工具。
四种储能技术的功率密度和能量密度。图片来自国际科学与工程研究期刊,第4卷,第8期,2013年8月583
除了几乎所有的电动汽车之外,锂离子电池几乎为所有现代便携式电子设备供电。对于电池,充电和放电过程缓慢并且可以随时间降低电池内的化合物,导致较低的功率密度和存储容量。
超级电容器使用不同的能量存储机制。在超级电容器中,能量以静电方式存储在材料表面,不涉及化学反应。超级电容器的主要缺点是与电池相比能量密度低。而且,超级电容器材料(例如石墨烯)的成本通常超过用于制造电池的材料的成本。
超级电容器的应用
超级电容器可与安装在狭小空间内的能量收集解决方案结合使用。当它们用作峰值输出的辅助电源时,您可以减小电源的尺寸并提高整体性能。
以下是超级电容器的一些可能应用:
电源故障时存储和备份存储器数据:超级电容器可以集成到消费电子产品,IT设备和通信系统中,以保护存储器内容。相关应用程序是内部备用电源。超级电容器可以作为电池更换或短期备用电源。
电动车辆:电动车辆受到诸如低功率密度,有限的充电/放电循环,高温依赖性和延长充电时间的限制的影响。超级电容器克服了这些限制,尽管它们具有较低的能量密度和较高的成本。存储设备的组合可能是***解决方案。与超级电容器组等高功率设备可以满足与陡峭上升加速或努力相关的峰值负载要求。此外,超级电容器可用于再生制动系统。
可再生能源的应用:在太阳能光伏应用中,有必要每3到7年更换一次电池,因为它们容易磨损。超级电容器的使用可以消除频繁维护和更换的需要。此外,能源效率是以可再生方式生产能源的关键方面,超级电容器表现出比电池更高的充电效率。
结论
超级电容器是一种新兴的能量存储技术,可以成为许多电子系统的重要组成部分。锂离子电池非常成功,但在功率密度和充电/放电循环次数方面,它们永远无法与超级电容器竞争。