能量收集是指電子設(shè)備所處的環(huán)境大多有很多可利用的能量（例如：機(jī)械振動(dòng)、太陽(yáng)光照、電磁場(chǎng)和溫度變化等），通過(guò)某種方式將這些環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能，以供設(shè)備后續(xù)使用。能量收集日益引起人們的關(guān)注，原因是世界各國(guó)在大力發(fā)展可再生能源，而且越來(lái)越小的電子系統(tǒng)可以通過(guò)越來(lái)越低的能量運(yùn)行。例如：大型建筑物中用來(lái)監(jiān)控房間溫度的小裝置可以利用建筑物自身的極微小振動(dòng)來(lái)獲得能源動(dòng)力。

據(jù)報(bào)道，全球第一款自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2正式發(fā)布，它由“iPod之父”和Nest聯(lián)合創(chuàng)始人Tony Fadell共同打造。這是一款機(jī)械手表——時(shí)鐘運(yùn)行及功能由手表內(nèi)的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，但是可與智能手機(jī)應(yīng)用程序配對(duì)使用。這主要受益于新型電子表冠（e-Crown），它可以解決“智能”與“指針”手表難題。該款手表由太陽(yáng)能和動(dòng)力擒縱結(jié)構(gòu)共同驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)入“日光節(jié)約時(shí)制（夏令時(shí)）”或者動(dòng)力儲(chǔ)備消耗光后，佩戴者只需輕觸表盤即可重置至正確時(shí)間，象征著Ressence對(duì)混合時(shí)計(jì)的未來(lái)趨勢(shì)展望。

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2

Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，將機(jī)械機(jī)芯與內(nèi)部ROCS顯示模塊連接起來(lái)，獨(dú)特的設(shè)計(jì)使其不會(huì)干擾從發(fā)條盒到指針的齒輪系。這一創(chuàng)新的技術(shù)完全取代了傳統(tǒng)的機(jī)械指針表冠。該電子表冠（e-Crown）由87個(gè)組件構(gòu)成，是一個(gè)微型的機(jī)電系統(tǒng)，要求每個(gè)組件都必須非常小且功耗低。由于研發(fā)人員的精心設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)每天僅需要1.8焦耳的能量即可保證正常運(yùn)行。憑借兩種能量收集技術(shù)，該系統(tǒng)的能量是可以自給自足的，無(wú)需更換電池。

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）電路板，集成了太陽(yáng)能收集、機(jī)械（動(dòng)）能收集、能源管理、觸控傳感、藍(lán)牙等功能

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)

以智能手表為代表的可穿戴設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）節(jié)點(diǎn)為何需要能量收集？反過(guò)來(lái)，能量收集技術(shù)會(huì)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的快速增長(zhǎng)嗎？為什么特斯拉（Tesla）公司會(huì)采用能量收集技術(shù)？當(dāng)手機(jī)和計(jì)算機(jī)還沒(méi)出現(xiàn)的時(shí)候，能量收集技術(shù)就展現(xiàn)出魅力了嗎？我們這份長(zhǎng)達(dá)215頁(yè)的《電子設(shè)備的能量收集技術(shù)-2020版》報(bào)告介紹了智能機(jī)械手表Ressence Type 2，并解答了上述問(wèn)題，可謂恰逢其時(shí)！

特斯拉Solar Roof太陽(yáng)能屋頂

半導(dǎo)體晶圓和薄膜光伏（PV）技術(shù)

近年來(lái)，便攜式及可穿戴式電子設(shè)備開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域和人類日常生活中，并且朝著小型化、智能化、多功能化和柔性化發(fā)展。然而，可穿戴電子設(shè)備面臨的主要問(wèn)題是現(xiàn)有的電池不足以為其持續(xù)供電。為解決供電問(wèn)題，除了提高蓄電池的能量密度以外，最近引起廣泛關(guān)注的另一種有效方法是將能量生成裝置和儲(chǔ)能裝置同時(shí)集成到自充電能源系統(tǒng)（SCPS）中，這就使得收集的能量可以存儲(chǔ)起來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)電力供應(yīng)。研究人員已經(jīng)成功研制出多種能量收集器件，包括光伏器件、摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）、壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）和熱電器件等，這些能量收集器件可以與儲(chǔ)能設(shè)備（電池、超級(jí)電容器）結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步被集成在柔性、可穿戴電子設(shè)備中。

能量收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自充電能源系統(tǒng)示意圖

能量采集也為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和改善帶來(lái)巨大的好處，通過(guò)在環(huán)境中部署自供電的傳感器節(jié)點(diǎn)，可獲得一種總體擁有成本較低的解決方案。對(duì)于那些無(wú)需外部充電就能使用更長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，能量采集是提升其性能水平的一項(xiàng)關(guān)鍵要素。它還能大大降低電池更換的頻率，從而節(jié)約成本，而電池更換通常比電池本身更花錢。在將“智能”發(fā)揮到極致，以及將物聯(lián)網(wǎng)帶到眾多的新地點(diǎn)和應(yīng)用中，能量采集扮演著重要角色。

本報(bào)告對(duì)多種能量收集技術(shù)原理進(jìn)行闡述并實(shí)施對(duì)比分析，并重點(diǎn)介紹了能量收集技術(shù)創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)及機(jī)遇，同時(shí)展示了能量收集的新產(chǎn)品情況，以及它們?nèi)绾胃淖兛纱┐麟娮釉O(shè)備和醫(yī)療保健。

電磁發(fā)電機(jī)、壓電發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)的基本原理

能量收集技術(shù)具有眾多潛在應(yīng)用，除了柔性/可穿戴電子設(shè)備和醫(yī)療保健，還包括植入式器件（如心臟起搏器）、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)控、自供電傳感器等。但是也面臨著一些問(wèn)題：多數(shù)技術(shù)及產(chǎn)品仍處于概念驗(yàn)證階段；整體系統(tǒng)的能量收集效率是目前最大的問(wèn)題；選擇適用于能量收集的電池、超級(jí)電容器系統(tǒng)非常重要……本報(bào)告提供各項(xiàng)能量收集技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域介紹，以及新材料機(jī)遇和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以闡述能量收集技術(shù)的成功之道。
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