随着全球对气候变化与环境保护的重视，二氧化碳（CO2）排放的准确监测成为科学研究和环保治理的关键环节。传统的二氧化碳检测设备多依赖电池或外部供电，限制了传感器的部署灵活性和长期稳定运行，尤其在偏远工业现场或管道监测等难以布线供电的环境中，面临维护成本高和能耗问题严重的挑战。近日，韩国先进科学技术院（KAIST）联合中央大学的研究团队实现了一项重大突破，开发出一种无需电池或外部电源的自供电实时二氧化碳监测系统。这项创新技术不仅极大提升了环境监测设备的自适应能力，也为未来智能环保传感器的广泛应用奠定了坚实基础。 该系统的核心是采用了“惯性驱动摩擦电纳米发电机”（Inertia-driven Triboelectric Nanogenerator，简称TENG）。该纳米发电机能够高效将周围工业设备或管道产生的微小振动能量转化为电能，实现低频振动的能量收集和储存。
团队通过创新设计，将弹簧结构与四级叠加的惯性驱动TENG相结合，成功放大了振动幅度并激发共振效应，使发电效率达到新高。在典型的工况下，系统能够稳定输出0.5毫瓦的电功率，足以驱动CO2传感器及低功耗蓝牙通信模块，完成定时测量及数据无线传输。如此，可持续、自主地获取并传递环境中二氧化碳浓度，实现实时在线监测。 惯性驱动TENG的出现解决了传统环境传感器电力供应的瓶颈，使得传感器无需依赖更换电池或架设外部电源线路，极大降低了安装维护的复杂程度和运营成本。这对于庞大分布式监测网络尤为重要，尤其是在工厂、管道甚至城市环境中的广域应用。此外，该技术的模块化设计具备良好的兼容性，未来可集成多种传感器，拓展到温湿度、颗粒物、气体等多参数环境监测领域，实现多维度、自供能的智能生态环境管理。
这套系统的研发不仅丰富了纳米发电技术的应用场景，更为环境监测领域带来了一种经济环保的新思路。惯性驱动TENG通过利用环境中的机械能，避免了传统电池的污染问题，有助于推动绿色节能技术的推广。KAIST的教授权庆河指出，持续稳定运行且无功耗限制的监测系统是环境保护和智能城市建设的必备条件。该技术的成功研发，为实现低能耗传感器网络及物联网设备供能难题提供了突破口。 此外，该技术应用价值还体现在它能够进行细微振动能量的精准采集与转换，适应工业设备运行环境频繁且复杂的振动信号。这使得该系统在工业安全监测、危险气体泄露检测、基础设施健康监测等领域潜力巨大。
未来，借助进一步优化纳米发电器效率和传感器灵敏度，这类自供电环境监测平台将能够实现更加稳定和高频率的数据采集，为相关决策提供实时、准确的环境数据支持。 保养和维护方面，免去电池更换带来的人工成本和环境隐患，该系统基于环境振动能量可长时间连续运行，大幅提高设备生命周期和可持续性。无线数据传输模块的低功耗设计进一步延伸了整套系统的适用范围，使监测数据能够实时上传至云端，实现远程监控与智能分析，为工业物联网（IIoT）和智慧城市建设注入强劲动力。 国际环境标准及节能减排政策的推动也提升了精准环境监测设备的需求，实时、高灵敏度、低维护成本的自供能二氧化碳传感系统不仅助力政府和企业完成碳排放监测与管理，也符合未来绿色低碳发展的技术趋势。随着传感技术、材料科学、无线通信和能量采集技术的不断进步，类似TENG自供电监测解决方案将成为环境智慧监控的新标配，支撑环境治理和气候变化应对的数字化转型。 总结来看，KAIST和中央大学联合科研团队推出的基于惯性驱动摩擦电纳米发电机的实时自供电二氧化碳监测系统，革新了传统传感设备对能源依赖的局限，为环境监测带来了低功耗、低维护、高稳定的新范式。
该技术不仅实现了在工业设备振动环境中自主取能稳定发电，成功驱动CO2传感器并实现无线数据传输，还开辟了多传感器融合和智慧环境监测的发展路径。未来，随着该技术的产业化和规模应用，将助力全球实现更为精准、高效和绿色的环境监管，为应对气候变化和推动可持续发展贡献重要力量。
