标准电池问题

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据麦姆斯介绍，传感器功耗和尺寸的显著降低导致了对可用于补充或替代电池的广泛研究。人们一直不赞成使用电池，因为电池在使用前必须充电。同样，分布式网络传感器和数据收集组件需要集中能源才能运行。在少数应用中，电池充电或更换可能非常昂贵甚至不可行，如偏远地区结构健康监测传感器或局部地区湿度或温度传感器。更换电池可能是一项耗时且昂贵的工程，用于大规模传感器网络和危险和广泛的安装地形。大都市嵌入式传感器网络就是一个例子。

替代选择

理性地说，在这些情况下，重点是建造一个现场发电机，可以将现场可用的任何能量转化为电能。近年来，低功耗超大规模集成电路领域的发展推动了以纳瓦到微瓦功率运行的超低功耗集成电路的创建。这种大规模发展为芯片级能量收集技术铺平了道路，消除了对化学电池或微传感器复杂布线的需求，为无电池自供能传感器和网络设备的开发奠定了基础。

更换标准电池的方法是利用电路周围区域的剩余能源。剩余能源由工业机械、人类活动、汽车、建筑和环境资源产生，可以在不影响能源本身的情况下收集少量能源。此外，能量收集还可以为不适合电池的恶劣气候环境提供解决方案，如温度高于60°C的环境。近年来，太阳能、电磁、热电、电容和压电等许多能量收集系统已经开发出来。

压电换能器

电磁、压电和静电传感器都可以将机械能转化为电能。然而，由于压电传感器的能量密度较高，压电传感器被认为是其他两种传感器的理想选择。与静电传感器相比，压电传感器有许多优点：

1. 即使薄膜厚度降低，压电材料的能量密度也保持在较高水平，从而实现设备的小型化。

2. 压电换能器在低压下运行。

3. 机电部件的连接增加了能量收集的可能性。

4. 易于创建高频、温度稳定的谐振系统。

压电能入输出原理(来源:Arveni）

压电材料类型

压电材料是指施加机械应力时能产生电荷的固体材料。一般分为无机或有机两类。压电陶瓷和压电单晶是目前最常用的无机压电材料。有机压电材料主要包括聚偏氟乙烯等聚合物。一些有机纳米结构，如纳米线、纳米管和纳米颗粒，也被观察到具有压电活性。

除上述两种材料分类外，纳米结构还用于纳米级能量收集。对于大规模能量收集，压电器件的材料多为压电陶瓷，而压电聚合物由于重量轻、体积小而发展迅速。此外，压电单晶比压电陶瓷具有更小的压电常数和介电常数。压电聚合物虽然密度低，阻抗低，但其应变常数和压电常数较小。与上述两种材料相比，压电陶瓷具有以下优点：

1. 压电常数和介电常数较大。

2. 形状延展性较高。

3. 材料成分易于调节，扩大了材料的应用前景。

性能增强

优势明显。许多制造工艺已经开发出来，将复杂的压电材料与能量收集器相结合，从而不断提高其输出性能。振动能量收集器利用压电材料在施加外部振动和机械刺激时产生电场的能力。另一方面，环境振动源的加速范围和频率范围通常低于压电能量收集器。此外，由于输入电源、工作带宽和输出性能的限制，大多数基于振动的压电能量收集器系统的输出功率非常小。因此，提高性能和扩大工作带宽已成为两个关键而紧迫的研究重点。优化其性能、扩大有效工作频率范围的先进方法是必要的。

结语

总的来说，随着物联网的发展，（IoT）随着压电能源收集器的快速发展，它为智能家居、智能城市、智能健康、智能交通和智能农业的实施和推广带来了许多好处和前景。压电能源收集器是一个重要而有前途的解决方案，开发一个新的导向自供电终端节点，该终端节点不需要电池充电ST代理运行时间更长。此外，它还可以通过大大延迟电池更换时间来降低成本，这可以提高所有物联网系统的韧性。