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標準電池問題

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據麥姆斯介紹，傳感器功耗和尺寸的顯著降低導致了對可用于補充或替代電池的廣泛研究。人們一直不贊成使用電池，因為電池在使用前必須充電。同樣，分布式網絡傳感器和數據收集組件需要集中能源才能運行。在少數應用中，電池充電或更換可能非常昂貴甚至不可行，如偏遠地區結構健康監測傳感器或局部地區濕度或溫度傳感器。更換電池可能是一項耗時且昂貴的工程，用于大規模傳感器網絡和危險和廣泛的安裝地形。大都市嵌入式傳感器網絡就是一個例子。

替代選擇

理性地說，在這些情況下，重點是建造一個現場發電機，可以將現場可用的任何能量轉化為電能。近年來，低功耗超大規模集成電路領域的發展推動了以納瓦到微瓦功率運行的超低功耗集成電路的創建。這種大規模發展為芯片級能量收集技術鋪平了道路，消除了對化學電池或微傳感器復雜布線的需求，為無電池自供能傳感器和網絡設備的開發奠定了基礎。

更換標準電池的方法是利用電路周圍區域的剩余能源。剩余能源由工業機械、人類活動、汽車、建筑和環境資源產生，可以在不影響能源本身的情況下收集少量能源。此外，能量收集還可以為不適合電池的惡劣氣候環境提供解決方案，如溫度高于60°C的環境。近年來，太陽能、電磁、熱電、電容和壓電等許多能量收集系統已經開發出來。

壓電換能器

電磁、壓電和靜電傳感器都可以將機械能轉化為電能。然而，由于壓電傳感器的能量密度較高，壓電傳感器被認為是其他兩種傳感器的理想選擇。與靜電傳感器相比，壓電傳感器有許多優點：

1. 即使薄膜厚度降低，壓電材料的能量密度也保持在較高水平，從而實現設備的小型化。

2. 壓電換能器在低壓下運行。

3. 機電部件的連接增加了能量收集的可能性。

4. 易于創建高頻、溫度穩定的諧振系統。

壓電能入輸出原理(來源:Arveni）

壓電材料類型

壓電材料是指施加機械應力時能產生電荷的固體材料。一般分為無機或有機兩類。壓電陶瓷和壓電單晶是目前最常用的無機壓電材料。有機壓電材料主要包括聚偏氟乙烯等聚合物。一些有機納米結構，如納米線、納米管和納米顆粒，也被觀察到具有壓電活性。

除上述兩種材料分類外，納米結構還用于納米級能量收集。對于大規模能量收集，壓電器件的材料多為壓電陶瓷，而壓電聚合物由于重量輕、體積小而發展迅速。此外，壓電單晶比壓電陶瓷具有更小的壓電常數和介電常數。壓電聚合物雖然密度低，阻抗低，但其應變常數和壓電常數較小。與上述兩種材料相比，壓電陶瓷具有以下優點：

1. 壓電常數和介電常數較大。

2. 形狀延展性較高。

3. 材料成分易于調節，擴大了材料的應用前景。

性能增強

優勢明顯。許多制造工藝已經開發出來，將復雜的壓電材料與能量收集器相結合，從而不斷提高其輸出性能。振動能量收集器利用壓電材料在施加外部振動和機械刺激時產生電場的能力。另一方面，環境振動源的加速范圍和頻率范圍通常低于壓電能量收集器。此外，由于輸入電源、工作帶寬和輸出性能的限制，大多數基于振動的壓電能量收集器系統的輸出功率非常小。因此，提高性能和擴大工作帶寬已成為兩個關鍵而緊迫的研究重點。優化其性能、擴大有效工作頻率范圍的先進方法是必要的。

結語

總的來說，隨著物聯網的發展，（IoT）隨著壓電能源收集器的快速發展，它為智能家居、智能城市、智能健康、智能交通和智能農業的實施和推廣帶來了許多好處和前景。壓電能源收集器是一個重要而有前途的解決方案，開發一個新的導向自供電終端節點，該終端節點不需要電池充電ST代理運行時間更長。此外，它還可以通過大大延遲電池更換時間來降低成本，這可以提高所有物聯網系統的韌性。