可穿戴式设备（也称“穿戴式设备”）产品正夯，可是电池续航力却是可穿戴式设备商场生长的一大罩门。假如穿戴者能够随时随地为自己的设备充电，穿戴式设备就不再需求以大颗的电池来延伸续航力了！假如冲突生电奈米发电机的技能，在未来能够到达商业化的规范，全部愿望都能够成真了！
依据商场研讨机构IDC的陈述，在2014年，穿戴式设备（根本型及智能型）的商场出货量约1，960万台，在2015年，预估出货量将生长至4，570万台，至2019年更上看1.26亿台（图一），而这五年的年平均复合生长率高达45.1%。
图一、IDC穿戴式设备预估出货量
如此达观的预估，应是根据，在初期，人们对高科技产品的尝鲜及夸耀心思所建构出的消费行为，以及，以产品有用性乃至是必需品为导向的长时间商场需求；而咱们都很清楚的是，“有用性”才是穿戴式设备产品能够屹立不摇、生生不息的确保。
穿戴式设备的“有用性”指针，除了功用（function）之外，最为重要的便是“续航力”了。以现在最夯的Apple Watch来说，每天晚上都得脱下来充一下电，顾客现已稍嫌麻烦了，若是24小时监测的医疗照护穿戴设备，也需求每天脱下来充电才干续用，这种东西的有用性现已被大打折扣了。
以现在的产品体现来说，电池续航力的确是穿戴式设备商场生长的一大罩门。
要提高穿戴式设备的续航力，能够从二方面着手，一是规划极低耗电的传感器、处理器、通讯模块等组件，以及优化体系的电源办理；二是改进电池技能。
相较于半导体组件规划所取得的改进发展，电池技能则面临更多的应战。如今厂商不只要研宣布续航力超强并且体积又小的电池，最好还能让电池具有可挠的特性，以调配各种型态的穿戴式设备；而在未来，智能型穿戴式设备的功用必然愈加强壮，这也意味着设备内含的组件将会越来越多，效果便是耗电量将只会增不会减，因而，电池技能就必需求有严重的打破才干有备无患。
延伸穿戴式设备的续航力，除了等候新电池技能的支撑之外，还能够透过“改动充电的办法”让运用者“有感”，例如，具有（远距）无线充电功用的穿戴式设备，就能够在“不用脱下”的情况下随时充电，永久turnon，但条件是需合作无线充电发射器的装设方位（如图二）；若是按照“能量搜集”（Energy Harvesting）的原理，将穿戴者自身发生的动能（摇摆、冲突）转化成电能来供电，则能够随时随地将电池充饱，并且也没有充电方位的约束，因而，穿戴式设备就能够全年无休的为您服务了。
图二、远距无线充电示意图
尽管能量搜集的技能仍在研讨阶段，但已有令人瞩目的打破发展，例如，美国乔治亚理工学院的王中林教授（Prof. Zhong Lin Wang）及其团队运用“冲突生电效应”（Triboelectric Effect），以及“静电感应”（Electrostatic Induction）原理所规划出的冲突生电奈米发电机（Triboelectric Nanogenerator；TENG）便是很好的比如，该团队在此研讨议题上所取得的效果，已将单位面积发电密度（Area Power Density）提高到1，200W/m2，能量转化功率（Energy Conversion Efficiency）也高达50%~80%，所供给的电量乃至能够点亮1，000颗绿光LED组件（如图三）。
图三、用鞋子碰击地板上的奈米发电机，发生的电量能够点亮1，000颗LED
TENG不光牵涉到电学原理，更包含资料、化学、奈米技能。它的输出体现能够透过多种办法增强，包含资料挑选、薄膜外表纹路描摹以及奈米化合物结构。
可运用的原料除了金属之外，还有聚酸甲酯（polymethylmethacrylate；PMMA；压克力）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene；PTFE；铁氟龙）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane；PDMS）、聚酰亚胺薄膜（Kapton thin film）、氧化铟锡（indium tin oxide；ITO）及聚酯（polyester；PET）等等，不同在于，不同的原料会有不同的饱满冲突电荷密度。
“能够发生很多电荷的输出取决于冲突外表的性质。在聚合物薄膜的外表上选用奈米资料的图画添加了片材的触摸面积，发生的电力能够有上千倍的差异”，所以为了添加触摸面积，薄膜外表通常会规划成布满的锯齿、颗粒或长刷状等等。
TENG在2012年头宣布后，通过不断的研讨，已有数种不同的结构身形规划（图四），其单位面积发电密度（Area Power Density）在短短一年后就由3.67mW/m2上升到313W/m2（图五），前进起伏惊人。
图四、各式TENG结构
图五、TENG电源密度发展
TENG有四种根本的操作形式（图六），第一种为笔直触摸-别离形式（Vertical Contact-Separation Mode），这是最早研宣布的奈米发电机。两层薄膜在重复冲突与分隔的动作之际，能够发生沟通电，图七为操作过程。
图六、TENG的四种根本的操作形式
图七、笔直触摸-别离形式
第二种为滑动形式（Lateral Sliding Mode），周期性的滑动也能够发生沟通输出，并且能够规划为平面滑动（planar motion）、圆柱旋转（cylindrical rotation）或是平盘旋转（discrotation），图八为操作过程。
图八、滑动形式
第三种为单电极形式（Single-Electrode Mode），与上述二种形式的不同在于只要基层薄膜接负载，而上层薄膜则是自在上下移动的，所以此种形式可用于例如以指尖滑动冲突生电的运用，图九为操作过程。
图九、单电极形式
第四种为独立冲突层形式（Freestanding triboelectric-layer mode），见图六（d），与上述三种操作形式最大的差异在于上下面板是不触摸的，因而能够下降两层薄膜触摸面的磨损率。
在当初开始研讨TENG时，其方针便是为了要对传感器网络中的小型电子组件供给电源，而研制至今，已证明冲突生电奈米发电机不只能攫取小规范的能量，也能搜集大规模的能量，例如流水、雨滴、波浪等等天然能量。
在2013年，王中林教授团队于ACSNANO期刊宣布论文“Human Skin Based Triboelectric Nanogenerators for Harvesting Biomechanical Energyandas Self-Powered Active Tactile Sensor System”（图十），将TENG置于人体皮肤之上，然后搜集TENG与皮肤冲突之后发生的电力，如此搜集到的生物机械能能够点亮数十颗绿光LED，而这也让人体自我发电并供电给举动设备的完成可能性大幅上升。
图十、与皮肤冲突的TENG
新加坡国立大学在2015年1月于IEEEMEMS2015研讨会上，宣布论文“Skin Based Flexible Triboelectric Nanogenerators with Motion Sensing Capability”，更进一步将奈米发电机以贴片的办法黏在手臂或嗓子的皮肤上，光是拳头握紧或是说话发声等这么简略不吃力的动作，就能够发生7.3V~7.5V的电力；而在试验中，最高可发生90V及0.8mW的电力，已满足点亮12个商用LED灯。
这款发电贴片其尺度仅如邮票一般巨细，也由于选用金箔做为电极（图十一），而非运用原料较硬的氧化铟锡（ITO）做为电极，所以能够更易于贴合在皮肤之上，相对于之前所宣布技能来说，更适合用于人体自我发电的运用。
图十一、以金箔做为电极
假如冲突生电奈米发电机的技能在未来能够到达商业化的规范，那么，穿戴者就能够随时随地为自己的设备充电，而穿戴式设备就能够不再需求以大颗的电池来延伸续航力了。
尽管冲突生电奈米发电机的技能发展，不论是用于人体动能搜集，或是用于天然风雨的能量搜集，将持续面临许多务实问题的应战，例如资料的安稳度、长时间冲突后的磨损率、高电压低电流的电源办理技能、能量贮存技能、封装、衔接或整合至设备等等问题，但不可否认的是，咱们习以为常的冲突生电现象，竟也有如此有用的潜力，细小的能量会聚之后也有巨大的用途，未来还会发展到什么样的境地呢？嗯，不要被您的想象力给框限住了喔！
