在无线通信技术中，信号采集器、无线传输系统等的能量供给、能量损耗始终是其中的关键问题。传统电池等传统的供能技术寿命有限，需定期更换，不仅费时耗力，其使用成本也大幅增加。利用自然界广泛存在的风能、热能、光能、振动能及流体动能等环境能量辅助供电已成为目前研究的热点在能量收集材料和器件的设计方面。其中高性能压电薄膜是实现高性能振动压电能量采集器的关键，目前压电能量采集器常用的压电材料包括锆钛酸铅（ PZT ）、氮化铝（ AlN ）、氧化锌（ ZnO ）及聚偏氟乙烯（ PVDF ）等。 PZT 膜制备工艺复杂且易碎，不能承受大应变，对环境也有害； ZnO 性能不稳定，易于受到环境的影响； PVDF 为柔性材料，与硅基 MEMS 加工工艺兼容性不好； AlN 功能材料具有耐高温、性能稳定和与 CMOS 工艺兼容等特点。国外学者已对压电式能量收集技术进行了广泛研究，包括对压电材料、能量收集装置结构和储能电路等的分析。

无线能量传输方面，磁共振方式的能量传输是新一代的电能传输方式，是一项突破性的进展，相比于电磁耦合方式，可以实现大功率，远距离的能量传输方式，麻省理工学院的 Soljacic 教授于 2007 年 6 月 7 日 在《 Science 》上首次报道了磁共振技术。围绕着如何增加能量传输距离和传输效率，世界各研究机构都进行了广泛研究。这其中天线线圈和共振耦合方式的研究，天线的小型化和系统的整合，系统共振频率、负载等参数的跟踪和动态调整，还包括大功率、高效率的功率放大器、功率管理和控制集成电路，以及将能量和数据传输共传等，都是目前的研究热点。国际上如麻省理工学院、伦敦帝国学院，韩国三星、日本东芝等知名机构企业，以及国内高校如东南大学、河北工业大学等都在磁共振无线电能传输方面进行了深入的研究。

其中单片能量采集和传输功率集成电路成为目前的研究热点，并推动了远距离无线充电技术迅速走向实用。能量采集和传输集成电路是增加能量传输距离和传输效率的关键，主要研究方向在于如何设计高效率的单片整流电路和集成功率管理芯片，如韩国科学技术院 2013 年研制的共振式单片整流器，采用 BCD0.35μm 工艺，效率可以达到 86% 。 2013 年香港科技大学报道了采用 13.56MHz 全集成 1 倍 /2 倍输出电压的有源整流电路。 2013 年南洋理工大学设计了 400nW 具有最大功率跟踪的单电感双输入三输出的 DC-DC 降压 - 升压型转换器，用于室内光伏电池的能量收集。除了高效率电源管理芯片的设计，高电源电压、高效率的集成功率放大器也是提高系统整体性能的关键问题，难点在于高电压、高效率的 DMOS 功率器件的设计等。

将环境中广泛分散的能量（光、振动、热等）进行高效的能量转换，特别是振动 - 电能转换技术是当今的一个热点研究方向。近年来，国内外关于压电振动能量采集装置的研究主要集中在以下几个方面：压电材料研究及应用、压电元件工作模态研究、多层压电振子结构研究、振动支撑结构设计、压电元件结构研究以及装置共振频率调整方法研究等。由于压电陶瓷锆钛酸铅 ( PZT ) 的压电常数和机电耦合常数较大， 而且制造工艺成熟 , 在压电振动能量采集装置中得到广泛应用。但 PZT 陶瓷易碎 , 使得 PZT 压电片在振动能量采集装置中不能承受大的应变，其应用受到一定限制。因此研究人员研制了柔性更大的压电材料聚偏氟乙烯压电薄膜 (PVDF) 。该材料柔韧性能更好，使用寿命更长，捕获的能量更多。如美国 San Diego 州立大学和 TexasA&M 大学将制作的压电式振动能量采集器成功地应用于汽车胎压传感器中 , 不仅可以为传感器供能 , 还可以将无线信号发射出去。台湾国立大学的 B S Lee 等人制作了一种叉指电极式 MEMS 压电能量采集器。德国西门子公司和 Saarland 大学合作设计了一种薄膜式压电能量采集器。

本实验室团队也在该领域特别是振动能量采集方向做了大量工作，工作涉及器件的关键材料、器件的结构设计及微制造工艺、器件的接口电路三方面。研究团队从材料入手，首先发展柔性无机 AlN 压电薄膜技术，基于该柔性薄膜，研制出小型振动能电池。在国内首次实现：电池的尺寸与两节 5 号电池的尺寸相当时，输出功率达 5-10mW ，但重量减轻了一半。在国际上首次实现了 AlN 薄膜在柔性衬底上高 c 轴取向生长，采用该薄膜制作出小型柔性振动能量采集器，首次实现一种器件可同时把水平和垂直方向的振动高效地转换为电能，能量输出高达 90μW ，接近产业化要求的水平。在 PVDF 压电薄膜研制方面，使用有机溶剂旋涂法制备出具有高压电活性的 PVDF 薄膜，解决了在振动能量采集过程中，空气阻尼与能量转换效率间的依存关系，使器件的功率输出增加到原来的 210% 。目前已在 AppliedPhysics Letters, Journal of Physics D: Applied Physics 等国际知名刊物发表 SCI 论文 16 篇。

在微能量采集芯片设计方面，包括了电源管理集成技术、功率集成技术和电能采集和传输电路的研究，虽然电能的收集和管理本质上仍然是电源管理技术，但是却和传统的电源管理技术有了很大的不同，要求电源管理集成电路自身功耗极低、低输入启动电压、具有最大功率点跟踪等功能。当前国际上能用于微能量收集的技术主要由凌力尔特、 TI 等国外芯片公司垄断，国内目前仍然没有研制成功该类芯片。为此，需要开发超低功耗、低开启电压的能量收集和无线传输集成电路。本实验室团队目前正在进行微能量采集芯片的研制工作，该芯片具有 250mV 低启动电压和最大功率点控制功能，能够自动功率调节，具有低静态电流和输出断接和浪涌电流限制等功能。

在无线能量传输方面，磁共振方式的能量无线传输为目前的研究热点，实现了高效率、中等距离的无线能量传输，经过不断深入的研究，这一技术正迅速走向实用。目前的主要研究方向围绕着如何增加能量传输距离和传输效率，这取决于天线线圈的尺寸和耦合设计，高效率的功率放大器也是提高系统整体性能的关键问题，天线的小型化和系统的整合，以及将能量传输和数据传输相结合，也急需研究。磁共振传输技术的发明人 Marin Soljai 领导的 WiTricity 公司，通过磁共振以及频率校准实现距离小于 1 米 时，效率在 90 ％以上。伦敦帝国学院 M. Pinuela 等采用两个高 Q 值的线圈，一个发送线圈（直径为 750px 和品质因子 Q 为 1270 ）和一个接收器线圈（直径为 500px ，和品质因子 Q 为 1110 ），谐振频率为 6MHz ，在 750px 距离上实现了 105W 传输功率。国内也有很多大学加入到了无线电能传输领域研究，东南大学、哈工大、河北工业大学等高校在无线电能传输系统也进行了较为全面的研究。本实验室团队在这一领域也进行了深入的研究，已经成功研制了传输距离达 1 米 ，传输功率达 5W ，传输效率达 70 ％的无线携能通信系统，实现了音频和能量共传。接下去，本实验室将通过深入研究天线高效耦合技术、大功率高效率发射芯片技术、低功耗高效率接收芯片技术和多终端智能管理技术，最终成功实现远距离、高效率和大功率的电能无线传输，满足无线携能通信系统的能量要求。