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压电薄膜

告诉你一个好消息,我们已经进入了一种可以从外部环境捕获能量为小型设备补充能量的时代了。随着物联网的发展与低功耗元件的发展,环境捕获能量系统已经开始从利基应用向大规模普及了。

近日,由市场调研机构IDTechEx举办的大会很清楚地传达了这项想法。除了能量获取和储蓄,该会议的主题还涉及电子产品、可穿戴设备技术、3D打印、超级电容、石墨烯以及物联网。该公司的CEO Raghu Das表示,看似大会所关心的事物毫无相干,但是它们之间有着紧密的联系。比如可穿戴设备需要能量获取技术,超级电容器有可能创建高效的方式存储和释放收获能量,3D打印在打造原型和短期定制生产项目中发挥着重要的作用。

根据IDTechEx的数据报告,预计到2024年,能量获取产业达到26亿美元的市场规模。其主要是利用三种能量或技术来实现,分别是机械能、热能和电磁辐射。

采集机械能

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英国公司 Perpetuum打造出能够收集机械能的模块(如上图)。该模块可以从铁路车轮的振动中,获取能量。主要原理是通过震动固定线圈中的磁铁来为检测铁轨温度的传感器充电。位于英国的Southeastern Railways就安装了Perpetuum公司的系统,涵盖了旗下148条Electrostar火车轨道。

如果要采集运动过程中的能量,除了电磁感应的原理,还有别的方法,比如通过对具有压电性的材料进行施压,从而产生电能。新的压电性材料一直在研发中,比如伊利诺斯州大学的研究者就研发出一种很薄、具有生物相容性(可以植入活体)的压电薄膜。合并压电薄膜的多层设备直接安装到人类心脏的表面,作为一种电力起搏器。其实,压电薄膜可以大规模地应用,从而收集运动过程中的能量。比如,2012年夏季奥运会期间,伦敦地铁站的一部分的人行道照明的电量来自乘客对人行道瓷砖的踩踏。

采集热能

IDTechEx的分析师看好热电系统的发展前景。该系统能够将多余的热能转化为电能。虽然热电系统已经存在了几十年,但是,现在的发展前景更为明朗,因为新的固态热电设备可以通过更小的温差获得电能。在此次大会上,该公司的分析师预测,热电市场规模将会在2016年达到9500万。

虽说汽车领域是一个明显的目标,但工业级别应用更有可能推动热电市场的增长。由生产设备所产生的余热为无线传感器充电,消除了电力和通讯线路的繁杂步骤,可以降低安装和维护成本。

采集电磁辐射

也许最神奇的能量收集方法是利用周围环境中的电磁辐射。这也不是一个新想法,早前, Crystal收音机曾经风靡流行,如今光电管和RFID标签更受欢迎。但是,这种能量收集的技术可以更进一步。我们可以通过环境中不同的无线电电磁辐射获得能量。西班牙纺织研究协会Aitex与其他研究者合作,研发出内置小天线而且能够直接编织布料。通过这种布料的衣服可以自动捕捉环境中的能量为我们身上的生物传感器或者其他可穿戴设备充电。

事实上,能量获得将会成为未来生活越来越重要的领域,因为它将会改变我们与数据、电子设备,互联网,甚至自身的交互方式。

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