新闻动态

文章导读

2025年6月，清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室的叶雄英教授课题组在《Applied Energy》发文，提出了一种基于静电发电机振动能量拾取器，通过多层小间隙结构设计，实现了高功率密度与宽频带，有效提升了环境宽频带、小振幅、随机低频振动的能量收集功率。 

文章概述

物联网技术作为信息获取的重要手段，在智慧城市、智慧交通、智能工业等方面发挥越来越重要的作用。目前，物联网节点主要依靠电池供电，成本高昂且易造成污染。利用能量拾取技术将环境能量转换为电能，是解决无线传感节点分布式供电问题的有效手段。环境能量而言，振动是存在最为普遍的一种形式，广泛分布于各类基础设施和生产装备中，其频率一般较低，且具有一定带宽。利用振动能拾取技术将动能转换为电能，有望代替目前节点中的电池，实现完全无需外部供电的自驱动无线传感节点。

为了实现高效的能量收集，本文基于静电发电机，提出了一种三维叉指多层振动能量收集器（3D-MVEH），其可在微幅振动的小位移输入下达到满量程输出。通过小间隙结构抑制空气击穿，实现了高电荷密度，增强了输出功率，能量密度理论上比相同体积的单层收集器高1.55倍。实验表明，3D-MVEH实现了79.4 μWcm⁻³g⁻²的归一化有效功率密度，并具有60 Hz的带宽（20 Hz – 80 Hz）。基于其宽带响应和高功率密度，3D-MVEH能够有效收集瞬态冲击（如撞击）和随机振动能量。基于该能量收集器，构建了自供能落物无线报警器，从20 cm高处掉落的硬币所产生的冲击能量，即可触发并发射无线报警信号，无需任何外部电源。本工作为振动能量收集和自供能无线传感开辟了全新可能性。

相关研究内容以“Efficient energy harvesting from broadband low-frequency vibrations via 3D-interdigital electrostatic generator”为题发表于《Applied Energy》上，清华大学在读博士生滕峻池为第一作者，曹泽元博士后、叶雄英教授为通讯作者。

全文下载

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.125701