1、无线传感器网络与物联网的能量收集技术探索

无线传感器网络与物联网的能量收集技术探索

在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络（WSNs）和物联网（IoT）的应用越来越广泛。然而，这些设备的能源供应问题一直是限制其发展的关键因素。传统的电池供电方式存在寿命有限、更换麻烦等问题，因此，从环境中收集能量为设备供电成为了一种更优的选择。

1. 能量收集的背景与动机

随着工业世界中人口老龄化的加剧，对集成医疗设备和家庭医疗保健系统的需求大幅增加。但植入式设备的能耗、电池寿命以及更换电池所需的额外手术成本，给工程师和科学家带来了挑战。同时，在工业领域和智能城市中，WSNs 在智能电网中的应用，使得持续实时应用的能量收集变得尤为重要。此外，智能城市中电动汽车的能量收集也是近年来的一个挑战。这些因素促使科学家们研究从环境资源中获取能量。

2. 无线传感器网络中热能收集的需求与场景

2.1 热能收集的需求

在WSNs中，能量收集之所以重要，是因为其广泛的工业和医疗应用。然而，传感器节点持续工作数月甚至数年所消耗的能量是一个巨大的挑战。例如，传感器节点使用的电池可能会受到泄漏电流或极端天气条件的影响。因此，从不同来源收集能量多年来一直是一个具有挑战性的问题。

在WSNs中产生能量有两种方式：
- 存储在电池、超级电容器或两者组合中的能量。
- 无存储的能量收集。

存储设备可以分为以下几类：
- 一次或二次电池 ：根据应用的不同，电池具有不同的特性，如寿命、尺寸、重量等。电池不仅用于为系统供电，还用于存储从环境中收集的能量。一次电池不可充电，具有高容量和温度稳定性；二次电池可充电，但充电次