IT时代网11月8日消息，科学家近日研发出一种新型装置，能够收集环境中的电磁辐射并将其转化为电能。来自阿肯色大学和密歇根大学的研究人员开发出一种基于石墨烯的能量采集装置，可利用附近电线产生的环境辐射发电。
研究人员用这项技术搭建了一套无需电池的温度传感系统，其中包括能量采集器、电能转换电路、储能电容器以及超低功耗温度传感器。整套系统无需有线供电，通过电磁感应获取电能，为传感器提供运行所需的电力。
电流流过导线时，会在导线周围产生磁场。对于交流电而言，随着电流不断变化，磁场的方向和强度也会持续改变。研究人员开发这套系统所在的美国采用60Hz交流电，也就是说电流每秒完成60次周期变化，这些不断变化的磁场中蕴含着能量。
研究团队用石墨烯制造了一个电感器，并加入钢制磁芯以增强其捕获磁场的能力。当电感器靠近电源线时，变化的磁场会穿过电感器，并在其两端感应出微弱的交流电压，这一过程遵循的正是电磁感应原理。
由于感应出的是交流电且电压过低，装置还需要转换与储能环节。研究人员设计了一套基于考克饶夫-沃尔顿倍压电路的转换系统，能够将交流信号整流为直流电并逐步提高电压；储能方面没有采用传统的可充电电池，而是使用三个电容器储存采集到的电能。
即便如此，系统产生的电能仍然很少，无法驱动普通电子设备，因此研究团队专门设计了一套功耗控制在纳瓦级别的温度传感系统。作为对比，这套系统的功耗理论上约为单只AirPods耳机的3000万分之一。
研究人员表示，能量采集器补充电能的速度超过了温度传感器消耗电能的速度；电容器还能储存多余电能，即使附近电源线暂时断电，传感器也可以依靠此前储存的电荷继续工作，储存的电能至少可以让系统运行24小时，甚至可能达到一周。
这项技术一个颇具潜力的应用场景，是拥有大量设备的大型工业设施。例如工厂可能需要部署数千个温度传感器，持续监测机械设备、管道以及周围环境；传统方案要么需要铺设电源线，要么依赖最终需要更换的电池。
不过，该技术目前仍存在一些限制。研究人员展示的装置需要靠近具有足够强度的变化磁场，也就是附近必须有合适的通电线路，并不能在任意环境中凭空发电；同时，研究人员尚未证明系统能够在完全放电的状态下自行启动；此外，这套系统的输出功率只有纳瓦级别，几乎只能驱动专门设计的温度传感器。
相关研究论文已发表于《真空科学与技术杂志》。
注：本文配图由AI生成。本文综合自IT之家等，文中包含AI辅助创作的内容。
编辑：林一舟
