“无电池”的智能技术或成现实

不需要电池的智能手表听起来像是梦幻,但智能技术(clevere Technologie)不久可能将这种梦想变为现实,该技术利用环境中的能源取得电力,让各种电子设备自身供应能量运行,这项技术可用于各种日常领域。

 “无电池”的智能技术或成现实

1.从环境中获取能量

从环境中获取能量,听起来像是遥不可及的梦想,但事实并非如此,实际上人类早就开始将环境当作能量的源泉,最常见的例子就是使用风力涡轮机或光伏发电,很多建筑物安装了太阳能电池板来供应能源也是例证。从环境中进行能量收集(Energy Harvesting)很久以来就已成为日常生活的一部分,也是可再生能源最重要的研究领域之一。

通过冷热产生能量并进行收集。德国纽伦堡弗劳恩霍夫集成电路研究所(IIS)目前正在研究这一技术,研究人员开发了用于产生热电能量的模块,热电(thermoelektrisch)是指从热源或冷源产生能量,以便为设备供电。这种工艺的原理是“塞贝克效应” (Seebeck-Effekt):如果两个电导体的温度不同,则会产生微小的电压。

研究人员借助特殊的电路技术开发了一种小型发电机,可以将这些低电压进行汇集转换成更高的电压,从而实现利用价值。这当中产生自给自足系统“能源”群,设备可以根据运作所需要能量的大小而自己生产电力,这意味着它们不需要外来的电源。这些模块已经安装在弗劳恩霍夫研究所的设备中,其中研究样品之一称为“BlueTEG Pipe”,将BlueTEG管道连接到温度与环境温度至少相差至少2度的热或冷管道上,则可以产生足够的电力来满足自身的能源供应,此外湿度、室温、压力等的测量数据可以通过蓝牙传输到计算机或平板电脑。

这项技术不仅通过加热和冷却取得能量,还可以利用机械能,即通过运动产生(电)能,包括通过光振动、气流或压力波产生电的模块技术,这项技术可以保障小型设备自己产生自身运作所需的电力。

2. 采用能量收集技术会减少电池使用量

能量收集的一大优势是利用现有环境能源。科学家开发的另外一种设备,可以从人的心跳中为起搏器产生足够的能量,这意味着植入心脏的除颤器或起搏器无需电池即可工作,这样通过手术更换起搏器电池的危险从理论上将在将来成为过去。这意味着采用能量收集技术后会减少电池使用量,可以在许多电气设备中省去电池。 日常生活中,人们使用越来越多的电池驱动设备,即使现在的很多东西将来会变成智能设备,但这些智能设备还是在消耗电,只是不需要接通大电网而已,拿钟表为例,多年前钟表通过机械性的“加能”而转动,而现在的电子钟表可以直接连接互联网就可以运行,但是电子钟还是间接使用了电力,因为它需要联通电脑或安装微型电池。根据计算,全世界现在运行万亿级以上的电子设备,这些设备都需要电池,按(可充电)电池平均使用寿命十年计算,全世界每天将需要更换约3亿节电池,这是一笔非常巨大的地球资源耗费。同时,能量收集可以减少对锂的需求。大多数电池是锂离子电池,电池在生产过程除需要锂外,还需要钴和镍,这些原材料的开采危及本地动植物物种,并且需要大量的水来分解金属,除了耗费大量水资源外还产生污染。电池回收过程也很消耗资源,回收锂的污染非常大,需要使用大量对环境有害的化学物质,这也是当今电动交通工具面临的间接环境污染问题。“能量收集方案”无法完全解决这些问题,但对于小型电池供电的设备而言,是一个不错的选择。

能量收集“无电池”技术应用领域非常广泛。将来,所有小型设备在理论上都可以在没有电池的情况下运行。但能量收集远未到最佳状态。如果科学家进一步开发该技术,将来许多日常物品在能量收集的帮助下转换为“无电池”的智能设备,因为我们周围的环境到处都是能源,需要做的是如何将这些能量转化利用。在保护环境和节省资源方面,小电器和智能设备的电池问题上大有可为。

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