如果你再也不必给设备充电会怎样？——《华尔街日报》

经过数十年的尝试，消费电子公司正在推出一项模仿植物光合作用的太阳能技术。该技术能让设备在室内充电，某些情况下甚至可以完全取代电池。

这种新型光能采集技术与屋顶及太阳能农场使用的晶硅面板有本质区别，也不同于曾随处可见的太阳能计算器所使用的非晶硅电池。其原理最早由化学家于1960年代探索，并在1980年代转化为实用太阳能电池。直到如今，才生产出足够坚固、适合消费级应用且能满足主流市场需求规模的版本。

目前，包括Ambient Photonics和Exeger在内的公司正在提供这种被称为"染料敏化太阳能电池"的产品。它们重量轻、可弯曲，由常见材料制成，并能通过类印刷工艺低成本量产。夏普也在研发染料敏化太阳能电池，尽管其版本为刚性结构，且使用与液晶面板相同的生产设备制造。

在拉斯维加斯举行的今年全球最大展会CES上，这些轻薄常可弯曲的电池已应用于耳机、耳塞充电盒、对讲式头戴设备、键盘、鼠标和电视遥控器。未来，这类太阳能电池有望出现在门锁、电子货架标签等更多场景，并最终作为"物联网"的一部分，应用于数百万乃至数十亿联网传感器中。

过去，太阳能设备大多只是噱头，原因很简单：传统的硅基太阳能电池虽然擅长将阳光转化为电能，但在室内光线下表现不佳。英国纽卡斯尔大学化学教授玛丽娜·弗莱塔格指出，我们记忆中那些计算器上的太阳能电池，其能量转换效率仅有百分之几。

Exeger公司的Powerfoyle太阳能电池可同时捕获室内外光线，目前已应用于自行车头盔、遥控器、耳机及物联网设备等多种产品。图片来源：Exeger这些新型染料敏化太阳能电池的工作原理与传统硅电池截然不同。其能量捕获方式类似植物光合作用，因此能接收几乎任何角度的入射光。弗莱塔格博士的研究显示，这类电池在室内光环境下的转换效率最高可达38%，创下该技术领域纪录。

这意味着每平方英寸的新型电池所收集的能量，是早期计算器硅电池的十倍以上。

即使在光线不那么明亮的房间里，染料敏化太阳能电池也能捕获并转换出能量收集技术中前所未有的能量。这些与之竞争（有时是互补）的技术包括试图从无线电波、振动和微小温差中吸收能量的系统，以便为传感器和其他设备供电。从无线电波、振动和微小温差中吸收能量。

新一代太阳能设备的关键还在于工程师们越来越擅长提高消费电子产品的能效。结果是，现在可以实现永远不需要从墙插充电的耳机。

以斯德哥尔摩Urbanista公司的第二代“洛杉矶”耳机和“凤凰”耳塞为例。这些设备将于今年晚些时候上市，它们都能利用Exeger公司的Powerfoyle太阳能电池，通过室内外光线进行充电。这不仅仅是一个延长电池寿命的噱头。根据使用情况，有些人报告说完全不需要从墙插为这些设备充电。（它们附带一个应用程序，显示电量以及放在窗台、灯下或头顶时的充电速度，这很有帮助。）

斯德哥尔摩Urbanista公司的“洛杉矶”耳机可以利用室外和室内光线充电。照片：UrbanistaUrbanista产品总监Mårten Sahlén表示，要达到这一水平，需要从这些设备的每个部分挤出效率。其中一个有待改进的领域是耳塞盒上的太阳能板与耳塞本身之间的功率损耗。（在每个电气系统中，电子在移动过程中都会损失一些能量。）第二代耳塞还使用了更节能的蓝牙芯片进行连接。

Urbanista的设备——以及3M推出的类似产品（一款同样使用Exeger太阳能电池的对讲机式耳机）——仍然包含可充电电池。但对于某些设备来说，添加这种新一代太阳能电池意味着完全告别电池。

例如，Universal Electronics的“Eterna”遥控器使用了Ambient Photonics的电池以及一个小型“超级电容器”，与电池相比，它更便宜、更轻，且所需材料更少。

Ambient Photonics最近还宣布与谷歌合作，计划在2024年生产一款设备。谷歌尚未透露这些设备的具体内容，但遥控器可能是一个合理的首发产品。

考虑到遥控器经常消失在沙发垫中，且它们所在的房间通常光线较暗，遥控器似乎是最不适合使用太阳能供电的设备。对于旧的太阳能电池技术来说，这确实是事实，但ONiO（一家为物联网和其他设备生产低功耗芯片的公司）的首席执行官Kjetil Meisal表示，新型太阳能电池能收集更多的能量，遥控器只需几秒钟的曝光就能从完全没电变为可用。他补充说，这一发展的关键是使用像ONiO这样的超低功耗芯片。

将一盘Ambient Photonics太阳能电池装入自动测试机。图片来源：Ambient Photonics梅萨尔的公司与Exeger合作生产遥控器等设备，将与采用Ambient Photonics太阳能电池的产品竞争。电子巨头夏普今年也在CES上展示了其太阳能遥控器，公司发言人表示，这项技术最终可能应用于一系列其他小工具中。

遗憾的是，当听到太阳能电子产品时，人们首先想到的用这种方式为手机供电并不现实。手机本质上是我们口袋里的耗电超级计算机，通过至少六种不同协议进行无线通信，屏幕亮度足以在阳光下清晰可见。即使采用这项新技术，仅靠室内光为普通智能手机供电也需要一张桌子大小的太阳能板。

再也不用翻转苹果妙控鼠标充电，或在工作日遭遇无线键盘或耳机突然没电的情况，这些都很吸引人。但高效室内太阳能电池真正具有变革性的应用，可能会出现在那些目前因供电麻烦而未被使用的设备上。

采用更多智能家居设备以及其他传感器和执行器的一大障碍是，它们都需要直接供电或更换电池。

以酒店房门上的电子锁或家庭中的类似设备为例。大多数都包含需要定期更换的电池。但Ambient Photonics首席执行官Bates Marshall表示，作为使用且整天暴露在光线下的物品，它们是染料敏化太阳能电池的完美用例。

所以，想象一下这个场景：你想在房间里添加一个新的电灯开关。过去，你可能会雇一个电工在墙上打孔，铺设新的电线到开关盒并安装开关本身。未来，一个与新型无线通信标准兼容的太阳能开关可以放在你喜欢的任何地方，在你家的任何房间，只需用一些可移除的粘合剂就能固定在墙上。

将这个场景乘以你能想象的每一个工业和商业环境中可能使用的传感器和开关组合，你就能开始理解一个不起眼的室内太阳能电池能释放多大的潜力。

欲了解更多《华尔街日报》技术分析、评论、建议和头条新闻，请订阅我们的每周通讯。

联系Christopher Mims，邮箱：[email protected]

本文发表于2024年1月13日的印刷版，标题为《如果设备永远不需要充电》。