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纳米技术在能量收集和存储中的应用
纳米技术取得重大进展的另一个领域是热电能量转换。具有工程化声子和电子传输特性的纳米结构材料能够高效地将废热转化为可用电能。通过操纵纳米材料的尺寸、形状和成分，研究人员正在实现热电效率的空前提高，为从工业过程、车辆甚至人体中收集能量提供了新的可能性。储能是可持续和可靠能源基础设施的关键组成部分。纳米技术正在通过提高电池和超级电容器等储能设备的性能和耐用性来彻底改变这一领域。石墨烯和碳纳米管等纳米材料具有高表面积和出色的电导率，可实现更快的充放电速率和更高的电池能量密度。此外，纳米工程允许设计具有增强离子和电子传输的电极结构，从而延长循环寿命并提高整体性能 [3]。
片上收获的挑战
物联网设备变得越来越受欢迎，这意味着人们对易于维护和无电池独立的电源的兴趣日益增加，因为在应用数十亿个设备的应用程序场景中，电线和电池是非实践的。为了保持低廉的成本并实现最小的外形，具有综合能源收集和电力管理单位的SOC实施是一种受欢迎的创新。片上能量收集解决方案通常只能以微量流量为单位提供功率。对于IoT-SOC的功能块以及电源管理单元本身的功能块存在着重要的设计挑战，因为收获的电压必须转换为更高，更可用的电压。同时，电源管理块必须具有最低可能的静态电流尽可能有效。在本文中，我们提供了片上Microwatt电源管理。从RF电源或光的能源收获开始，然后我们展示超低功率电压参考的最新实现和超低功率低降低调节器（LDO）设计。
用于生物能量收集和自我利用的导电水凝胶……
a 苏州大学能源与材料创新研究院，江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室，苏州大学能源学院功能纳米与软材料研究所，苏州 215006，中国 b 麻省理工学院媒体实验室，马萨诸塞州剑桥 02139，美国 c 苏州大学江苏省先进负碳技术重点实验室，苏州 215123，中国 d 中国科学院纳米科学卓越创新中心，北京市微纳能源与传感重点实验室，中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所，北京 100083，中国 e 佐治亚理工学院材料科学与工程学院，佐治亚州亚特兰大 30318，美国 f 香港理工大学智能可穿戴系统研究所，香港九龙红磡 999077，中国
灵活混合动能太阳能收集
摘要：清洁能源来自不排放任何污染物（尤其是二氧化碳等温室气体，而二氧化碳会导致气候变化）的发电系统。因此，清洁能源的日益普及促进了旨在保护环境和减少天然气和石油等不可再生燃料所造成的问题的创新。然而，能源资源的过度消耗和浪费造成了严重的问题。为了解决这个问题，人们提出并实施了各种策略。例如，研究人员利用可再生能源引入了新的、更高效、更环保的能源消耗方式。本研究调查了柔性混合动能太阳能收集系统的多配置集成性能分析。随着对可持续能源解决方案的需求不断增加，动能和太阳能收集技术的集成为提高效率和灵活性提供了有希望的机会。电力是通过安装在人行道上的光伏 (PV) 板和多个串联-并联配置的压电设备的组合产生的。产生的电力为可充电电池充电，可在紧急情况下为低压应用供电。此外，还开展了研究，以提高太阳能电池板的输入电压和板中压电蜂鸣器的效率配置，以测量这两个来源的充电系统效率。该研究探讨了动能和太阳能收集组件之间的协同作用，考虑了能量输出、系统适应性和成本效益等因素。此外，还检查了各种物体在压电蜂鸣器上移动时产生的电荷。每个太阳能电池板和踏板都将包括一个 16 x 2 LCD 显示屏，该显示屏将显示太阳能电池板的输出性能和施加压力时的压电蜂鸣器。使用 Multisim 和 Proteus 软件模拟电力混合收集，它们监视输入和输出参数。Multisim 软件用于为太阳能和压电系统创建 AC-DC 电路，Proteus 模拟由 Arduino Uno R3 控制的混合电力收集和储能电路。总之，该产品可以提供高达 5 V 的大量输出，并通过 Blynk 应用程序发送通知。这项研究为灵活混合能量收集系统的设计和优化提供了宝贵的见解，推动了各种应用的可持续能源解决方案的开发。
能量收集和储能系统
可持续发展体系基于三大支柱：经济发展、环境管理和社会公平。在这些支柱之间寻找平衡的指导原则之一是限制不可再生能源的使用。解决这一挑战的一个有希望的方法是从周围环境中收集能量并将其转化为电能。当代对太阳能、风能和热能等新能源发电技术的发展需求很高，以促进用更清洁的可再生能源替代化石燃料能源。能量收集系统已成为一个突出的研究领域，并继续快速发展。现代技术，包括便携式电子设备、电动交通、通信系统和智能医疗设备，都需要高效的储能系统。电能存储设备还用于智能电网控制、电网稳定性和峰值功率节省，以及频率和电压调节。由于电力供应波动，可再生能源（例如太阳能和风能）产生的电力并不总是能够立即响应需求。因此，有人建议将收获的电能保存起来以供未来使用。而电能存储技术的现状远不能满足必要的需求。本期特刊发表了 13 篇论文，涵盖优化算法的各个方面、风能涡轮机的评估、静电振动能量传感器、电池管理系统、热电发电机、配电网络、可再生能源微电网接口问题、基于模糊逻辑控制器的直接功率控制、燃料电池参数估计以及超低功率超级电容器。Sharma 等人 [1] 提出了一种鲸鱼优化算法 (WOA) 和粒子群优化 (PSO) 算法 (WOAPSO) 的混合版本，用于光伏电池的参数优化。在 WOA 的流水线模式下利用具有自适应权重函数的 PSO 的开发能力来增强基本 PSO 的能力和收敛速度。将所提出的混合算法与六种不同的优化算法在均方根误差和收敛速度方面的性能进行了比较。仿真结果表明，所提出的混合算法不仅能在不同辐照水平下产生优化参数，而且即使在低辐照水平下也能估算出最小均方根误差。采用海鞘群算法 (TSA) 估算标准温度条件下的 Photowatt-PWP201 PV 板模块参数 [ 2 ]。结论是，TSA 是一种有效且稳健的技术，可用于估算标准工作条件下太阳能 PV 模块模型的未知优化参数。将模拟结果与四种不同的现有优化算法进行了比较：引力搜索算法 (GSA)、粒子群优化和引力搜索算法的混合算法 (PSOGSA)、正弦余弦算法 (SCA) 和鲸鱼
从太阳和空间收集能量
电力，供暖和冷却对于现代建筑物至关重要，同时产生了巨大的能耗。在全球，建筑物消耗了总能源供应的40％。1为了应对这一挑战，全世界都在研究和实施有效的技术来开发净零能源建筑。基于可再生替代方案的绿色技术在这种情况下显示出越来越多的意义。太阳（〜5800 K）和深宇宙（〜3 K）是外星人天然的热和冷来源，可连续将太阳能和冷能传递到地球表面。有效地利用太阳能和外太空的寒冷是一种有吸引力且雄心勃勃的解决方案，可为建筑物提供多种可再生电力，加热和冷却，以满足其各种能源需求，从而有人生和季节性的需求。
洛拉万的能量收集用于空间通信
2019 年，荷兰埃因霍温理工大学开发了一种隧道二极管，允许输入 2.4 GHz 的 −25 至 −10 dBm 微波功率，与传统 SBD 相比，隧道二极管具有更高的 RF-DC 转换效率。使用由卡诺极限确定的高阻抗（Q 匹配电路）天线也可以获得高 RF-DC 转换效率。利物浦大学开发了一种阻抗 >400- Ω 的低功率宽带整流天线，它在 0.9-1.1 GHz 和 1.8-2.5 GHz 之间实现了 75% 的 RF-DC 转换效率。 2016 年，日本金泽工业大学设计了一种 1.6k 高阻抗整流天线，用于收集 500MHz 的数字电视信号，在 -15dBm 的 RF 功率输入下可获得 49% 的 RF-DC 转换效率，在 -30dBm 的输入功率下可获得 8.7% 的效率
实现绿色物联网的能量收集
本白皮书由一支致力于绿色物联网能量收集解决方案的热情团队编写。这项工作是在电源制造商协会 (PSMA) 的领导下自愿开展的。该团队的成员包括科学家、工程师、中小企业代表和工业利益相关者，他们提供了有关能量收集领域的广泛见解。关键结论是，正如几个定制用例所证明的那样，能量收集技术在实践和真实环境中已经实现了能量自主无线传感器所需的功率密度。由于每个用例都需要针对特定应用的电源设计，因此行业在采用新解决方案方面持谨慎和缓慢的态度。具有保证功能性和可靠性的交钥匙解决方案是工业用户的基本要求，也是能量收集中缺少的关键要素。由于功能性、维护性、可靠性和低废物/污染等优势，能量自主具有很高的经济和环境优势，使其成为可持续物联网的关键。通过有针对性的科学关注和环境和技术利益相关者的投资来解决这些关键的缺失要素是当务之急。