能量收集是指電子設備所處的環境大多有很多可利用的能量（例如：機械振動、太陽光照、電磁場和溫度變化等），通過某種方式將這些環境能量轉化為電能，以供設備后續使用。能量收集日益引起人們的關注，原因是世界各國在大力發展可再生能源，而且越來越小的電子系統可以通過越來越低的能量運行。例如：大型建筑物中用來監控房間溫度的小裝置可以利用建筑物自身的極微小振動來獲得能源動力。

據報道，全球第一款自供電的智能機械手表Ressence Type 2正式發布，它由“iPod之父”和Nest聯合創始人Tony Fadell共同打造。這是一款機械手表——時鐘運行及功能由手表內的機械裝置實現，但是可與智能手機應用程序配對使用。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。該款手表由太陽能和動力擒縱結構共同驅動運行，當進入“日光節約時制（夏令時）”或者動力儲備消耗光后，佩戴者只需輕觸表盤即可重置至正確時間，象征著Ressence對混合時計的未來趨勢展望。

自供電的智能機械手表Ressence Type 2

Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）是一個嵌入式系統，將機械機芯與內部ROCS顯示模塊連接起來，獨特的設計使其不會干擾從發條盒到指針的齒輪系。這一創新的技術完全取代了傳統的機械指針表冠。該電子表冠（e-Crown）由87個組件構成，是一個微型的機電系統，要求每個組件都必須非常小且功耗低。由于研發人員的精心設計，該系統每天僅需要1.8焦耳的能量即可保證正常運行。憑借兩種能量收集技術，該系統的能量是可以自給自足的，無需更換電池。

自供電的智能機械手表Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）電路板，集成了太陽能收集、機械（動）能收集、能源管理、觸控傳感、藍牙等功能

自供電的智能機械手表Ressence Type 2內部機械結構

以智能手表為代表的可穿戴設備及物聯網（IoT）節點為何需要能量收集？反過來，能量收集技術會促進物聯網的快速增長嗎？為什么特斯拉（Tesla）公司會采用能量收集技術？當手機和計算機還沒出現的時候，能量收集技術就展現出魅力了嗎？我們這份長達215頁的《電子設備的能量收集技術-2020版》報告介紹了智能機械手表Ressence Type 2，并解答了上述問題，可謂恰逢其時！

特斯拉Solar Roof太陽能屋頂

半導體晶圓和薄膜光伏（PV）技術

近年來，便攜式及可穿戴式電子設備開始大規模應用于專業領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展。然而，可穿戴電子設備面臨的主要問題是現有的電池不足以為其持續供電。為解決供電問題，除了提高蓄電池的能量密度以外，最近引起廣泛關注的另一種有效方法是將能量生成裝置和儲能裝置同時集成到自充電能源系統（SCPS）中，這就使得收集的能量可以存儲起來實現可持續電力供應。研究人員已經成功研制出多種能量收集器件，包括光伏器件、摩擦納米發電機（TENG）、壓電納米發電機（PENG）和熱電器件等，這些能量收集器件可以與儲能設備（電池、超級電容器）結合起來，進一步被集成在柔性、可穿戴電子設備中。

能量收集系統設計

自充電能源系統示意圖

能量采集也為物聯網的發展和改善帶來巨大的好處，通過在環境中部署自供電的傳感器節點，可獲得一種總體擁有成本較低的解決方案。對于那些無需外部充電就能使用更長時間的應用來說，能量采集是提升其性能水平的一項關鍵要素。它還能大大降低電池更換的頻率，從而節約成本，而電池更換通常比電池本身更花錢。在將“智能”發揮到極致，以及將物聯網帶到眾多的新地點和應用中，能量采集扮演著重要角色。

本報告對多種能量收集技術原理進行闡述并實施對比分析，并重點介紹了能量收集技術創造新的業務及機遇，同時展示了能量收集的新產品情況，以及它們如何改變可穿戴電子設備和醫療保健。

電磁發電機、壓電發電機和摩擦納米發電機的基本原理

能量收集技術具有眾多潛在應用，除了柔性/可穿戴電子設備和醫療保健，還包括植入式器件（如心臟起搏器）、運動監測、工業監控、自供電傳感器等。但是也面臨著一些問題：多數技術及產品仍處于概念驗證階段；整體系統的能量收集效率是目前最大的問題；選擇適用于能量收集的電池、超級電容器系統非常重要……本報告提供各項能量收集技術的潛在應用領域介紹，以及新材料機遇和技術發展趨勢，以闡述能量收集技術的成功之道。
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