近日，清华大学储福雷教授的研究团队在《应用物理快报》上发表论文，介绍了一种新开发的混合能量收集装置。
该装置能从机械振动和磁场中收集环境中的能量，以持续为像无线传感器和心脏起搏器这类的设备供应电力，将有望取代一些低功率电子设备内电池的存在。
图8混合能量收集装置有一个由磁致伸缩或压电材料制成的悬臂梁，可以同时收集机械能和磁能。
随着科学技术的发展，近年来，能量收集已经成为小功率电子设备的无电池设计方向。与寿命有限且必须定期更换或充电的电池相比，直接能量收集装置可以延长电子设备的自动运行时间。然而，实现能量采集器的挑战之一是如何为电子设备产生足够的电力，增加电力供应的方法之一是使设备同时收集多种能量。例如，虽然有各种各样的装置可以收集机械能或磁能(这两种能量在工业生产中经常同时出现)，但很少有装置可以同时收集这两种能量。
在这篇新论文中，研究人员从理论上证明了机械能和磁能之间的“相互”关系，用实验证明了由磁致伸缩（magnetostrictive）或压电层（pieozoelectric laminate）材料制成的悬臂会因磁场和振动而移动,进一步证明了机械能和磁能的结合使用可以进一步提高能量收集装置的输出功率。
储福雷说：“众所周知，能量采集器的实现研究已经进行了几十年。这期间产生了很多有趣的设计，但是每个设计都有一定的缺陷，不能满足某些特定的要求。因此，突破能量收集器的能量单一性尤为重要.”
研究人员在研究中发现，收集装置的输出功率取决于环境中机械能和磁能的变化频率。如果频率相同，它们之间的相位差将直接影响输出电压。如果频率不同，相位差对输出电压影响不大。实际上，两种能量混合输出的电压不再是简单的正弦波模式。基于这些理论基础，研究人员通过实验论证了提高混合集能设备能量容量、可靠性和输出功率上限的具体方法。
储福雷说：“我们计划在未来对能量收集器进行更深入的研究。除了本次涉及到的机械能和磁能，风能、潮汐能以及更多方面的智能材料应用，将是我们未来的研究重点。”
