自充電能源系統(tǒng)示意圖

　　近年來，便攜式可穿戴式電子設(shè)備被大規(guī)模應(yīng)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(jìn)一步發(fā)展。為解決這一問題，除了提高儲(chǔ)能電池的能量密度以外，另一可行的解決方案是將能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)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(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的電力供應(yīng)，這一方案近日在學(xué)術(shù)界引起廣泛關(guān)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(jī)（TENG）、壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）、太陽(yáng)能電池和熱電發(fā)電機(jī)等，這些能量收集設(shè)備可與儲(chǔ)能設(shè)備（電池、超級(jí)電容器）結(jié)合，進(jìn)一步被集成在柔性、可穿戴電子設(shè)備中，實(shí)時(shí)補(bǔ)償電子設(shè)備的能量消耗，甚至實(shí)現(xiàn)能量的自給自足。

 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員蒲雄、胡衛(wèi)國(guó)，以及中科院院士王中林，全面總結(jié)自充電能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，概述已報(bào)導(dǎo)的各種自充電能源系統(tǒng)（包括集成TENG、PENG、太陽(yáng)能電池、熱電器件等能量轉(zhuǎn)換設(shè)備與電池、電容器等能量存儲(chǔ)設(shè)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(jìn)行集成，并側(cè)重總結(jié)面向可穿戴柔性電子設(shè)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(jìn)展。

 

　　此外，論文總結(jié)了該領(lǐng)域獲得的進(jìn)展與面臨的問題。重要進(jìn)展：提出多種能源集成系統(tǒng)的原型，如基于PENG、TENG和太陽(yáng)能電池的SCPS；收集不同能源的SCPS各有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；SCPS具有眾多潛在應(yīng)用，如柔性/可穿戴電子設(shè)備、個(gè)人醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、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(yàn)證階段；SCPS中每個(gè)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(chǔ)能電池或電容器體系至關(guān)重要；幾種SCPS的機(jī)理尚未完全清楚。

 

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