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静电发电机的突破性进展引领自供电新时代

2024年4月3日
  • 编辑:Betty
  • 中国半导体出海网

近日,由研究人员最新开发的能量管理单元(EMU)在物联网(IoT)领域实现了重大突破,显著提升了静电发电机的效率。该技术成功克服了静电发电机与电子设备之间存在的高阻抗不匹配问题,为从周围环境中获取能量提供了新的方法和可能性。静电发电机因其能够从环境中如风能和人体运动等获取能量,已成为为物联网(IoT)网络中低功耗设备提供电力的有希望的方案。静电发电机是一种利用静电原理来转换能量的装置,它可以将机械能转换为电能。这种发电机通常用于小型设备和低功耗应用,特别是在能量采集技术领域,它可以从环境中的各种来源(如风能、振动能、热能或人体运动等)收集能量,并将其转换为电能以供电子设备使用。在物联网(IoT)领域,随着设备数量的激增和对低功耗、高效能源解决方案的需求日益增长,静电发电机因其潜在的环境能量采集能力而受到了广泛关注。通过将环境中的微小能量转换为可用的电能,静电发电机有助于实现物联网设备的自供电,减少对传统电池的依赖,从而提高设备的可持续性和环境友好性。然而,这些发电机在与电子设备连接使用时,常常因为阻抗不匹配的问题而效果受限,这导致了能量转换效率的降低。

最近在《微系统与纳米工程》杂志上发表的一篇研究论文提出了一种高效的能源管理单元(EMU),该单元专门设计用于大幅提高物联网设备中静电发电机的能源利用效率。这一技术突破性地解决了长期阻抗不匹配的难题,并为在物联网领域利用环境能量采集开辟了新的可能性。

EMU工作原理(图片来源:纳米系统与纳米工程)

图一:EMU工作原理(图片来源:纳米系统与纳米工程)

研究小组通过采用一种配备了火花开关管和降压转换器的创新能源管理单元(EMU),大幅提升了静电发电机的功率效率。这一创举使得旋转型驻极体发电机的直流电输出达到了每平方米每秒转速79.2毫瓦(mW m^-2 rps^-1),这是效率方面的一次重大突破。此外,该EMU还使得接触分离式摩擦电纳米发电机的性能提升了50%,证明了其在多种能量采集技术中的广泛适用性和高效性。这项技术进步得益于对关键部件,包括火花开关管和降压转换器等进行的细致优化,这些优化使得直流电力生成效率达到了前所未有的水平。这不仅突破了现有的能效标准,而且还凸显了能源管理单元(EMU)与多种发电机设计之间的良好兼容性。研究人员曹泽源指出:“我们的研究成果是将静电发电机实际应用于物联网设备的一个重大进展。通过对我们的EMU进行优化,我们达到了前所未有的效率水平,这使得自供电的物联网设备变得更加切实可行。”

这一技术突破不仅提升了自供电物联网设备的效率和可靠性,还有助于推动这些设备在可持续性和远程应用领域的广泛应用。它为物联网领域带来了能源自给自足的新时代,对于物联网应用中环境能量采集技术的发展具有里程碑意义。