石墨烯能量采集器问世 从电线磁场取电

电池和电源线一直是大规模部署传感器的两大负担：布线抬高安装维护成本，电池则迟早要更换。美国阿肯色大学与密歇根大学的研究人员近日展示了一条新思路——用石墨烯制造的能量采集器，直接从附近电线产生的交变磁场中「隔空取电」，为一套免电池温度传感系统持续供电。

原理并不神秘：电流流过导线时会在周围产生磁场，交流电的磁场每秒随电流往复变化（美国电网为60Hz），其中蕴含着能量。研究团队用石墨烯制作了一个电感器，并加入钢制磁芯以增强捕获磁场的能力。把它靠近电源线时，变化的磁场穿过电感器，会在其两端感应出微弱的交流电压——这与变压器和发电机的电磁感应原理一脉相承。

不过这股电信号既小又是交流，没法直接驱动芯片。团队为其配套了基于考克饶夫-沃尔顿倍压电路的转换系统，把交流整流为直流并逐级升压，再用三只电容器代替电池储存电能。整套温度传感系统的功耗被压到纳瓦级别，理论上只有单只AirPods耳机的3000万分之一。由于电感器给电容补充电荷的速度快于传感器消耗的速度，系统能够持续运转。

能量采集器的发明者、阿肯色大学教授保罗·蒂巴多（Paul Thibado）表示，即使附近电源线断电，系统也能靠电容器里储存的电荷继续工作，轻松撑过24小时，甚至可能坚持一周。

研究人员认为，这项技术最现实的应用场景是拥有成千上万个传感器的工业设施：监测设备、管道与环境温度时，无需布线也无需换电池。产品追踪、环境监测、车队管理、可穿戴设备与医疗监测等场景也在候选之列。

当然，局限也很明确：装置必须靠近足够强的交变磁场，不能在任意环境凭空发电；实验中电容是预先充电、程序预先烧录的，系统尚不能完全自行启动；输出功率也只有纳瓦级，指望手机「空气充电」还为时尚早。相关论文已发表于《真空科学与技术杂志》，团队接下来还在探索声能、热能、动能等多种环境能源的采集方案。

编译自 New Atlas，原标题：“Battery-free sensor powers up wirelessly via local circuitry radiation”