智能可穿戴电子设备柔性无线供电技术研究

研究背景

柔性供电技术开辟了智能可穿戴电子设备电池电能补给的新方向。柔性供电技术已应用于可植入医疗电子设备、医疗传感器如胶囊内镜等医疗电子设备领域，可有效解决患者利用手术更换电池蓄能的问题。基于柔性导电材料的无线供电方式由于自身能效高、稳定性高、形状可塑性高等特点，可以满足智能可穿戴电子设备的多场景能量供应要求。

柔性无线供电技术将形成智能可穿戴电子设备新科学研究范式或学科增长点。

成果简介

项目团队将石墨烯导电材料制作成电场耦合式无线电能传输系统的柔性发射端极板和柔性接收端极板并构成单耦合电容机构，采用单导线-单耦合电容机构电场耦合无线电能传输方式实现小功率（功率等级：100 mW）无线电能传输（传输距离：20 cm），达到智能可穿戴电子设备易塑形供电的效果。另外石墨烯材料可以制成小容量等级超级电容，实现柔性储能。该技术已经在智能可穿戴电子设备的生物传感器、柔性信号处理器供电方面得到了初步应用。

图1 柔性石墨烯导电材料

图2 柔性石墨烯材料特性及其应用

图3 智能可穿戴电子设备电场耦合无线电能传输实验平台

亮点提炼

本研究中采用了不需要磁性元器件的柔性供电器，更容易实现集成以及可塑形的电能变换，很大程度上降低电能变换机构的复杂度。该研究为解决智能可穿戴电子设备高品质能量供应瓶颈问题提供了一种可选择方案。

本研究属于电气工程、生物医学工程、材料科学与工程以及通信工程等交叉学科的前沿研究领域，相关研究成果可以实现智能可穿戴电子设备的便捷、稳定电能供给，具有比较高的科学研究和实际应用价值。

前景与应用

该研究成果已初步实现了智能可穿戴电子设备生物传感器和柔性信号处理单元的电能供给，后期将改进应用于可植入医疗电子设备，降低患者两次手术的风险，减轻家庭经济负担，具有较好的市场前景和一定的经济价值。该研究成果可扩展应用于柔性电子显示屏、柔性印刷电路板以及体育用品等领域，实现集成化和柔性的供电需求。

完成人与研究团队介绍

杨磊

杨磊，西安理工大学电气工程学院院长助理、系科研主任，IEEE Senior Member，联合主持国家自然科学基金重点项目（子课题负责人），主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省博士后科研项目一等资助、西安市科协人才托举计划以及企业委托项目等10余项，获得陕西高等学校科学技术奖二等奖1项。申请发明专利20余件（其中美国专利1件），授权10件，2件专利实现了成果转化。兼任中国电源学会青年工作委员会委员、照明电源专业委员会委员，中国电源学会团体标准立项评审专家，陕西省电源学会理事、青年工作委员会副主任委员，西安电力电子学会理事、秘书，IEEE PES直流配电网分技术委员会委员以及IEEE Transactions on Power Electronics等国际期刊的特约审稿人。

在IEEE Transactions on Power Electronics等Top期刊或者会议发表论文30余篇。获得陕西省政府主导的秦创原春种基金支持，入驻陕西省秦创原创业湾，初步实现了科研项目的产业化落地。

西安理工大学EECM2-协同创新团队专注于电气、生物医疗、人工智能与大数据、材料等学科交叉领域的创新研究工作。团队核心成员来自西湖大学、重庆医科大学、西安交通大学、南京大学、中国科学院深圳先进技术研究院、西安理工大学等高校和科研机构。

编辑：黄飞