能量採集技術現狀如何，有沒有可能取代傳統電池？

01-14

目前我看到TI推出了能量採集集成的晶元，應用於太陽能、壓力差、溫度差等。從下面幾個角度考慮，能量採集技術的前景如何？
1. 轉換效率
2. 能量。指從外界採集的能量是否可以達到支持正常器件工作的程度。
3. 價格。目前來說這一類晶元的價格還是太貴。

這個問題好像太適合我回答了！先佔坑，電腦補充吧！

-------不好意思，最近太忙，一點點補充---------------

1.概念

能量收集（題主說的是能量採集），為什麼不叫做發電，主要是因為能量收集的能量量級都比較小，不同於一般的發電概念，因此，此處描述的能量收集是指通過材料、結構設計等將其它形式能量轉化為電能的裝置。能量來源主要包括太陽能，機械能，熱能，電磁等。下面將根據目前的研究特點簡單闡述一下。本文將僅重點介紹小型能量收集及可穿戴式能量收集。

2. 太陽能

太陽能目前的研究很多，國內很多高校的課題組研究成果顯著。從大的方面來講，一般研究的重點主要分為非柔性太陽能電池和柔性太陽能電池，或者有機太陽能電池與無機太陽能電池。有的無機太陽能電池通過結構設計，可以作為有限柔性，但目前國際上的研究熱點是通過將有機材料做到柔性基底上（PET，或者織物），實現真正的柔性，甚至可拉伸的太陽能電池。

從商業上來講，目前世界上最優秀的柔性太陽能電池為美國Alta Device的柔性砷化鎵太陽能電池，砷化鎵並非柔性，但是無機材料製造於柔性基底上，可以實現有限的柔性。其單片太陽能電池的轉換效率雙結大於30.8%，性能優異。由於本人一直對無人機感興趣，想做太陽能無人機，但是後來發現，這個還是受限於電池，看鋰硫電池的發展情況吧！

Puma AE (All Environment) Unmanned Aircraft System (UAS)

此新聞一直牽動著我，Puma AE? 小型無人飛機系統 (UAS) 的太陽能原型機型進行了一次室外試飛。該次試飛使用了公司最新的長航時電池，持續飛行了 9 小時 11 分鐘——顯著超越如今該領域使用的小型 UAS 的飛行續航能力。但是呢，but,不好意思，其電池飛行6小時，太陽能電池延長3小時，問題是電池公司被德國人收購以後，見不到其蹤影了，中國人買不到！！！不過Alta Device居然被漢能收購了，拭目以待其未來吧。

太陽能電池的優勢是能量持續輸出，電流較大，但其缺點同樣明顯，受光照條件影響太大，室內與室外輸出能量差別很大。並且作為穿戴式設備而言，由於織物太陽能電池尚處於起步階段，還有很長的路要走。

對太陽能電池不是很熟悉，看看文章，問問同學再繼續補充！

3. 機械能轉化

這部分是我的博士課題，應該算是比較熟悉的。機械能最主要的是將振動的能量和人體的動能轉化為電能。近幾年最受關注的是將人體的動能轉化為電能。主要效應為摩擦電和壓電效應，由於王忠林院士在此領域的辛勤勞動，以及棒子國的灌水文章和努力，此領域漸漸成熟。

由於人體走路時足底壓力大概在400N左右，其功率可達到47W，因此如果能將人體走路的能量收集，作為具有天然可穿戴屬性的位置來說，其前景不可限量。

2012年開始，王忠林院士的研究組發現了利用摩擦電這一古老的效應進行能量收集，其主要特點是輸出電壓大，但是輸出電流特別小，並且輸出為脈衝波形。人腳走路的低頻特性，一直妨礙著此種器件走嚮應用。並且脈衝波形輸出，對能量收集電路提出了更高的要求（後面詳述。）而壓電能量收集器件其輸出電壓較低，一般10V以下，電流輸出不等，10微安量級，並且與摩擦電一樣的脈衝式輸出，能量轉化效率並不高。

基本上基於機械能轉化的能量收集都集中在研究領域，灌水文章，目前離實用較遠。

4. 電磁

這一領域範疇主要包括兩種，一，收集自然界中的無線電能量，如TV，電信信號，WiFi等。其原理主要是通過天線接收到信號，但不對信號進行調製解調，而是通過變換電路將其轉換為能量。二，切割磁感線。

第一種，最有名的要屬被kickstarter終止的IFind。

Kickstarter &>&> iFind

其號稱可以不用充電的防丟器，一經問世，舉世嘩然。但是，在國外網友的鍥而不捨的追問下和懷疑下，此項目終止。由於當初沒有保存所有的信息資料，在記憶中，其網站公布的資料顯示，其轉化效率可以達到70%。我很震驚，於是閱讀了所有文章，找了做交換機與路由器的同學討論，發現其號稱的70%轉換效率是在60dbm的條件下，引用另一個知乎問題里的答案，

為什麼能量採集技術的 iFind 在 Kickstarter 上的集資被中止了？ - 產品

請看下面鏈接

TP-LINK TL-WR842N 300M無線路由器: 亞馬遜中國: 電腦/IT/辦公

感謝 @Anderson 的答案。一般的家用路由器，其性能參數如下：

1米，無障礙物，-40dbm，信號穩定；

3米，無障礙物，-42dbm，信號波動 ±2dbm；

5米，無障礙物，-50dbm，信號波動 ±5dbm；

3米，隔一堵牆，-60dbm，信號波動 ±3dbm；

5米，隔一堵牆，-65dbm，信號波動 ±3dbm；

10米，隔兩堵牆，-80dbm，信號稍有 ±5dbm；

能量相差巨大，而其轉換效率迅速降低。至於他們是否有黑科技，尚未知，我們拭目以待。第二類產品很多，比如手電筒，自行車燈等等。比較好奇的是Ampy,其於2014年11月在Kickstarter上眾籌成功，共籌得30萬美金，其號稱可以像充電寶一樣隨意放在身上，即可進行能量收集，並且轉換效率驚人，一天步行1萬步的條件下，能給iPhone使用3小時。

經過仔細的研究，閱讀其網站發現，其原理其實很簡單，就是切割磁感線進行能量收集，但是，其主要創新在結構設計上。其殼體上應該有線圈存在，inductor隨著人體運動，產生振動切割磁感線進行發電。並且經過計算和實際測量，其所指的iphone工作3小時實際應該是待機，產品沒有拿到手，不好細說，估計一大批山寨即將來臨。

今天暫時到這裡吧，回頭補上熱能和電路部分。

另外，不求贊，嘿嘿！但是，大家有感興趣的可以給我留言，我抽空補上，最近忙著畢業和創業很忙，抽出了半個小時，先寫這麼多

基於溫度差的能量採集效率很低。能量採集的效率嚴重依賴熱電偶兩端的溫差和熱電偶本身的材料組成。

我之前做過一個小玩具，如果選擇市面上常見的半導體溫差片發電效率是個位數，只能帶動一些簡單的跑在低功耗MCU上的應用。而且Ti的片子老貴了。

回到概念本身，"能量採集"這個概念本身就是面向物聯網中無線感測器網路這一類應用場景數據收集端能源供應問題而生的。照目前的技術水平，試圖通過大範圍的"能量採集"達到小馬拉大車來取代電池，比如把100個熱電偶並起來帶起一個對計算能力要求比較高的應用，像cortex-A內核的片子，此類想法是非常不現實也不經濟的。

一樓好像回答很詳細了。轉換效率都不會高到哪兒去，總能量當然還是看裝置的體積了。或者看能量密度，PZT共振時候的能量密度做到幾十mW/cm3不是問題。現在機械結構的發展主要還是頻率問題，PZT電磁之類的低頻效率低，高頻才好用，不過振動源大多在低頻。Erturk現在就轉向去高頻區域，說是做飛機翅膀的能力回收，拿了好多大項目。另外也有不少低頻高頻轉換的，最簡單的是用低頻撞擊的形式產生高頻振動，還有ZuoLei做的變速齒輪的，低頻運動轉換成高頻轉動，連上電機可以輸出很高的能量；另外就是非線性的做法，康州大學的做1：2 內共振，可以把低頻的直接高效率轉換成高頻。

能量回收的應用確實不應該局限在穿戴設備，穿戴設備要求輕薄，現有的智能材料還不足夠用。放眼到工業界應用的話，輸出能力支持器件正常工作沒有問題。例如一小片 20X30mm的PZT可以持續輸出20mW的峰值功率，ZuoLei做的那個電磁的說是可以上幾W。王中林那個就不好評論了，新材料又是納米科技又是啥壓電電子學，炒作概念騙項目，王名氣大也挺拽的，說是ZnO比用得最廣泛的PZT和機電耦合係數很大的PMN-PT都好很多。確實ZnO的工藝性能比PZT好，就是耦合係數太低，磨來擦去的實際上產生不了多少電，實用性能有待進一步討論。

要真做產品的話，現在也不是不可以，國產PZT便宜的幾塊錢一片，拿個全橋加個電容就基本上能湊活用，成本很低。

我個人也是做這方面的研究的，歐洲那撥人，和EnOcean合作過產品，具體的說是做EH的電源管理的，包括AC-DC/ DC-DC，超級電容充電放電控制邏輯電路等等，在喬治亞做過訪問學者，王中林大神那邊的東西很了解。。。現場看過他們的東西，怎麼說呢。什麼多方向性充電布，蝙蝠俠材料，小型的壓電發電就是屬於灌水申請項目發文章用的，離實際應用目測20年，可是國內很認中林哦，呵呵，不多說了。RF EH更是呵呵。要想傳輸首先要低頻，要大天線，要強功率。還有人問Kick starter上那個iFind，這個2.4G Bluetooth怎麼可能採集的了,從原理上都不可能。

但是我可以負責任的說，如果我們不拘泥於人體可穿戴或者手機這些消費電子，而放眼工業應用（機器檢測，管網檢測）這些設備的能量密度和尺寸限制都鬆了很多，還是大有可為的。當然我指的是熱電、電磁和流體。而且也別指望著完全替代電池，現在我只講延長電池壽命了。

歡迎交流，BTW，我在國內任教了，歡迎合作。有興趣可以給你我的郵箱。