自充電能源系統(tǒng)示意圖

　　近年來，便攜式可穿戴式電子設備被大規(guī)模應用，并朝著小型化、智能化、多功能化和柔性化發(fā)展。然而，可穿戴電子產(chǎn)品面臨的主要問題是現(xiàn)有的電池不足以為其持續(xù)供電，頻繁的充電和更換電池限制其進一步發(fā)展。為解決這一問題，除了提高儲能電池的能量密度以外，另一可行的解決方案是將能量轉換和存儲裝置集成為自充電能源系統(tǒng)（Self-charging Power Systems, SCPS），這使收集的能量可以實時存儲，并實現(xiàn)可持續(xù)的電力供應，這一方案近日在學術界引起廣泛關注和深入研究。研究人員已成功研制出多種能量收集器件，包括摩擦納米發(fā)電機（TENG）、壓電納米發(fā)電機（PENG）、太陽能電池和熱電發(fā)電機等，這些能量收集設備可與儲能設備（電池、超級電容器）結合，進一步被集成在柔性、可穿戴電子設備中，實時補償電子設備的能量消耗，甚至實現(xiàn)能量的自給自足。

 

　　近日，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員蒲雄、胡衛(wèi)國，以及中科院院士王中林，全面總結自充電能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，概述已報導的各種自充電能源系統(tǒng)（包括集成TENG、PENG、太陽能電池、熱電器件等能量轉換設備與電池、電容器等能量存儲設備的系統(tǒng)），討論這些系統(tǒng)是如何在材料、電極、器件等不同層面上進行集成，并側重總結面向可穿戴柔性電子設備的自充電集成系統(tǒng)。論文討論了電源管理系統(tǒng)在自充電能源系統(tǒng)中的重要性，以及目前取得的進展。

 

　　此外，論文總結了該領域獲得的進展與面臨的問題。重要進展：提出多種能源集成系統(tǒng)的原型，如基于PENG、TENG和太陽能電池的SCPS；收集不同能源的SCPS各有其獨特優(yōu)勢；SCPS具有眾多潛在應用，如柔性/可穿戴電子設備、個人醫(yī)療保健、運動監(jiān)測、自供電傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等。主要問題：多數(shù)SCPS仍處于概念驗證階段；SCPS中每個集成單元的效率較低；SCPS的整體系統(tǒng)效率有待提高；選擇適用的儲能電池或電容器體系至關重要；幾種SCPS的機理尚未完全清楚。

 

　　相關研究工作發(fā)表在small上。