能量采集技术引领无电池物联网新时代
在数字化浪潮不断加速的背景下，物联网正作为连接现实世界与数字平台的关键桥梁，实现前所未有的扩展。研究显示，全球连接设备数量预计将在2025年达到198亿台，并在2034年前跃升至超过406亿台。面对如此庞大的设备基数，传统电池供电方式逐渐暴露出局限性，尤其是在偏远区域的大规模部署以及长期运维中，带来了高昂的成本和环境负担。在此形势下，能量采集技术逐步成为替代方案，它通过收集环境中的闲置能源，为物联网设备提供自主供能路径，有效缓解能源瓶颈，推动行业向更可持续的方向转型。
能量采集技术的核心在于将环境中分布广泛但能量密度较低的资源，如光能、振动、热差与射频信号等，转化为可用的电能。在具体实现上，光伏采集方案通过光电转换器件获取自然光或室内光源，适用于多数通用场景；压电材料则可以将机械运动转化为电能，广泛应用于工业设备状态监测、轨道结构检测等场景；热电发电机（TEG）利用温差发电，特别适合用于人体可穿戴设备和高温工业环境；而射频采集则依赖天线模块捕获周围无线信号中的能量，为设备提供无源供电。这些采集方式与低功耗芯片及智能储能组件的集成，使物联网设备摆脱了对传统电池的依赖，为长期、稳定运行提供了坚实基础。
目前，能量采集技术已在多个行业中展现出变革性的应用潜力，推动物联网从“有限部署”迈向“全域覆盖”。例如，在智慧物流与资产管理领域，首款量产的无电池蓝牙资产追踪标签MTB11，依赖环境光供能，可在常规照明条件下持续工作超过十年，实现资产状态的实时监控与异常预警，显著降低了电池更换和人工巡检的长期成本。在智慧农业领域，基于光伏供电的土壤传感器可长期监测土壤湿度与营养状况，无需布线或电池维护，支持精准灌溉与可持续种植。在医疗领域，利用人体热能与运动能量采集的柔性可穿戴设备，能够持续收集生命体征信息并进行无线传输，提升了佩戴舒适度，也消除了频繁充电的困扰。更具创新意义的是，基于光能的智能包装技术（light-based IoT, L-IoT）已用于乳制品等温度敏感产品的全生命周期管理，通过光伏采集与光学通信手段，实现产品质量的实时监测与预警。
除了缓解运维难题，能量采集技术还为物联网的可持续发展提供了强有力的支持。每年全球废弃电池数量高达150亿节，严重威胁生态环境，而能量采集方案通过无源供能显著减少了电子垃圾的产生，符合全球碳中和目标。在6G通信网络的未来图景中，数万亿个零能耗传感器将遍布城市各个角落，依赖环境能量实现自主运行，覆盖交通、安防及环境监测等多个领域，通过大规模数据融合，为城市管理提供更精细的决策支持。此外，该技术还降低了设备部署门槛，使其能够进入传统供电难以覆盖的区域，如山区、海底、地下管道等，极大拓宽了物联网的应用边界。
虽然能量采集技术展现出巨大潜力，但在推广过程中仍面临三大主要挑战。首先，环境能量来源的不稳定性，使得供能连续性难以保障，因此需依赖智能储能系统与先进的能量管理算法来优化调度。其次，能量转换效率与成本控制之间的平衡仍需进一步优化，高性能采集模块与材料的制造成本限制了其大规模应用。第三，行业标准尚未统一，不同厂商在技术路径上的差异影响了设备间的兼容性。为解决这些问题，业界正在通过材料创新提升效率，例如采用二硫化钼（MoS₂）等新型材料优化整流器性能；通过模块化设计降低制造成本；同时推动无线通信标准与接口协议的统一，为技术普及扫清障碍。
展望未来，随着材料科学与智能控制技术的不断进步，能量采集技术将在效率与成本方面实现双重突破，进一步重塑物联网生态。一方面，融合多种能量源的混合采集系统将成为主流，提升供能稳定性；另一方面，边缘计算与能量管理的深度融合将实现“能量-数据”协同优化，设备仅在能量充足时启动数据处理与传输，从而降低整体能耗。政策层面，随着电子废弃物法规的趋严以及绿色电子激励政策的出台，能量采集技术的产业化进程也将加速推进。
无需电池的能量采集技术，不仅代表了物联网供能方式的革命性转变，更成为支撑数字经济可持续发展的关键力量。它有效解决了传统电池供电在生态与运维方面的难题，使物联网从局部部署向全域覆盖演进，从高能耗模式转向绿色低碳运营。随着技术的持续成熟，一个由自供能设备驱动的泛在物联网体系正在逐步成型，将深度影响城市治理、工业制造及民生服务等领域，为智能社会提供持续发展的动力。