上海仪器仪表展了解到，在环境监测领域，能源供应长期制约着极端环境下的应用 —— 亚马逊雨林的高温高湿让锂电池续航骤减，原本设计续航 6 个月的电池实际仅能使用 2-3 个月，更换一次需投入 3-5 人团队，耗时一周以上，成本超 10 万元；深海 1000 米处的高压环境，使传统供电设备的密封件每 3 个月就需更换，维修需动用专业科考船，单次费用高达 50 万元以上；极地 - 50℃的低温则会让电池活性降低 70%，导致监测数据频繁中断，每年因供电问题损失的有效数据占比超 30%。而环境俘能技术的突破，尤其是基于摩擦纳米发电机（TENG）的自供能系统，可从风能、雨滴动能、设备振动中捕获能量，彻底解决这一困境，开启监测新纪元。

TENG 利用材料摩擦静电感应将机械能转电能，对能量来源要求极低，哪怕是树叶晃动产生的微弱振动，也能被有效收集。最新微风发电装置实现 0.8 米 / 秒启动风速突破，这一数值远低于行业平均 1.5 米 / 秒的启动门槛。在青藏高原冰川监测站，该装置面对 - 40℃的极端低温和仅为平原 60% 的气压，通过外壳的航空级防腐涂层和内部的低温适配电路，实现全年无间断运行，至今已稳定为冰川监测设备供电超两年，累计供能 1200 千瓦时，收集的冰川消融数据精度达 0.1 毫米，为气候变化研究提供了前所未有的精准支撑。

基于雨滴发电的噪声监测仪，其压电材料外壳采用蜂窝状凸起设计，能将雨滴撞击的机械能转化率提升至 42%，日均降雨 2 毫米即可满足全天 24 小时的监测、数据传输需求。在杭州西湖景区的试点中，该设备经历了 2023 年台风 “卡努” 的考验，当时最大风力达 10 级，降雨量超 150 毫米，设备不仅未出现故障，还通过实时传输的噪声数据，帮助景区及时调整游客疏散路线，减少了人群聚集带来的安全隐患，至今已稳定运行一年多，为景区环境管理提供了可靠保障。此外，高速公路护栏上的振动俘能设备，可通过过往车辆产生的 5-20 赫兹振动发电，单台设备日均发电量达 0.8 千瓦时，能同时为 PM2.5 监测仪和交通流量计数器供电；石油开采区的管道振动供能设备，则可利用管道输送时的微弱振动，为土壤重金属监测仪提供持续电力，避免了传统电池泄漏对土壤造成的二次污染。

技术突破源于多学科交叉：材料科学领域研发的 PDMS 基复合纳米材料，通过掺入 15% 的石墨烯颗粒，使能量转换效率从传统材料的 18% 提升至 35%；机械设计上的多模态振动收集结构，由 3 组不同长度的弹性悬臂梁组成，可覆盖 2-500 赫兹的振动频率范围，能同时捕获车辆行驶的低频振动和设备运行的高频振动；电源管理电路创新性地采用自适应整流模块，配合 1000 法拉的超级电容，可将波动幅度达 ±30% 的电能稳定输出为 5V 直流电压，确保监测设备不受电压波动影响。这三大技术环节相互衔接，共同构成了完整且高效的环境能量收集解决方案。

如今，自供能设备正将监测范围拓展至深海热液口、塔克拉玛干沙漠、南极冰盖等以往难以触及的区域，逐步构建起覆盖全球的环境感知网络。上海仪器仪表展关注到，在深海热液口，搭载自供能系统的监测设备可承受 300℃的高温和 100 兆帕的高压，持续监测热液中的甲烷浓度；在塔克拉玛干沙漠，设备依靠昼夜温差产生的空气流动和零星风力，实现对沙尘暴的实时预警；在南极冰盖，设备通过捕获积雪挤压产生的振动能量，为冰盖厚度监测仪供电。这不仅大幅提升了环境监测的技术能力，更推动人类对地球环境的认知实现飞跃 —— 通过全球联网的连续监测数据，科研人员能精准掌握温室气体的全球迁移趋势，预测海平面上升速度的误差缩小至 0.5 毫米 / 年。未来，随着自供能技术与 AI、大数据的深度融合，设备还将具备自动识别异常环境数据的能力，例如提前 72 小时预警森林火灾、实时监测水体富营养化趋势，为全球生态保护提供更加强有力的技术支撑。

来源：《纳米能源》产业应用报告

如有侵权行为，请联系删除。