可穿戴设备的能源供给研究进展

梁嘉文，李婷婷，严占林，张 斌，曹重阳，傅智芳，陈乃超

(1.国网甘南供电公司,甘肃甘南 747199； 2.上海电力大学能源与机械工程学院，上海 200090)

发电供能行业朝着绿色、健康、环保的方向发展。常用的新能源发电包含风力发电技术[1]、太阳能发电技术[2]、水能发电技术[3]、地热能发电技术[4]等。这些可再生能源有利于保障人们的生活与生产，促进供能行业的可持续发展。近年来，可穿戴设备逐渐进入人们的生活中，可以轻松、舒适地穿戴在人体部位上，如图1所示，起到保护、监测、预警的作用，因此，得到了广泛的关注[5-6]。考虑到人们活动环境的复杂性，开发持久性强、稳定性高的可穿戴技术对可穿戴设备的广泛应用具有重要作用[7]。例如，随着现代电力行业的飞速发展，智能化可穿戴电子设备在电力巡检运维作业过程中的作用日益突显，需要更多智能化、易操作的可穿戴设备与巡检人员的高强度工作匹配。然而，目前巡检现场的大多数智能柔性可穿戴设备不能独立工作，需要依靠外部电源。由于可穿戴设备有限的设计空间不利于储能设备的扩容，同时冗杂的电源会带来不可避免的电子垃圾和环境破坏。缺乏灵活、可伸展和小型化的能源供应设备导致不能为长时间的工作下提供足够的电能[8]。因此，设计独立、轻便、长续航的供能设备迫在眉睫。

图1 可穿戴设备佩戴部位

当前，通过外部能量转换成电能供给微型设备的技术还处在初级阶段，如压电材料利用压电效应将振动能量转化为电能[9]，输出电压由施加在压电材料的机械应力大小决定，但是在微型设备上设计微型压电结构仍然具有较大难度。因此，如何将成熟的电能生产技术运用到智能可穿戴设备成为当前研究的热点。此外，现代集成电路不断朝着低工作电压和低能耗的方向发展，降低设备供能的要求，因此，可穿戴设备的能耗也需要进一步降低。目前可穿戴设备的供能主要通过外部充电的电池提供，需要不断地进行外部补充电能，一定程度限制了设备的自主性[10-11]。综上所述，新型供能技术的发展显得非常迫切，其研究成果有利于扩大可穿戴设备的应用。

持续的能源供应作为可穿戴电子设备的运行基础，其优化改进和创新型研究对可穿戴系统具有重要的意义和影响。本文综合了近年来的多项研究成果，首先从微能采集和能量储存角度对可穿戴设备供能研究现状进行阐述；其次，深入探讨了两种技术集成的应用研究；然后，介绍了自供电传感器与两者耦合的创新研究；最后，对可穿戴设备供电的未来趋势进行了展望。

1 微能采集与能量储存技术

在现有应用环境下，可穿戴系统的功能不断增强，但是也衍生了设备能耗愈渐严重、供能不足的缺点，该发展趋势可能还将持续较长时间。对于传统的供能与传感分离类型的可穿戴设备，开发具有能源采集技术的功能，弥补外部电池储能能力的不足是解决可持续性问题的有效手段之一。目前，能源供给来源多种多样，不再局限于设备自身与电能直接进行补充，更多地从周围环境中获取能量，例如采集太阳能、环境热能、电磁能和机械能等[12]。这些能量的获取可以突破植入式和传统可穿戴设备电池供能的充电限制，从而可以确保设备的持久性供能。

1.1 微能采集技术

采集周围环境能量为可穿戴设备提供电能称为微能采集。为了延长可穿戴电子设备电池寿命，需要避免频繁地重复充电，这也有利于电池寿命和人员健康。在过去的十年里，微能量采集发电机技术供能可穿戴电子设备成为研究热点，其通过转化外部环境中的微能量为电能提供给供能设备能量，例如摩擦电发电机(TENG)[13]、热电发电机(ThEGs)[14]，机械能发电机(TEGs)[15]和压电发电机(PEGs)[16]，太阳能电池[17]等。但是仍需要提升与微能量发电机匹配的传感技术水平，以便更好地获取准确的微能数值，实现高效供能。此外，发展采集与储能一体化技术，实现互补供能，从而实现稳定供能。常用的可穿戴设备微能来源如图2所示。

图2 可穿戴设备微能来源

1.1.1 机械能的利用

机械能的收集方式有多种，如行走等产生电能的压电采集器，机械振动导致可变电容变化产生电能的静电发电机，人体运动带动切割磁感线产生电能的电磁感应收集器，摩擦产生静电电荷的摩擦发电机等[18]，如图3所示。在诸多能量来源中，利用人体运动产生电能的方式应该是可穿戴设备最有利的解决方案之一。

图3 振动能量采集转换

传统机械能微型发电机对湿度敏感，存在着机械损坏和失效，发电不连续等问题[19]。结合纳米技术以摩擦纳米发电机为代表的新型发电机，不仅重量轻、材料选择丰富、结构多样、易生产且成本低，还具有高柔性、供能稳定、适用性强等特性，可以与各种微型发电装置有效结合[20]，工作原理和应用如 表1 所示。但是，在能量容量、摩擦波动性以及电阻抗性等方面仍需要进一步改进[21-22]。Qiu等[23]通过静电纺丝和电喷雾的方法来构建可穿戴的动力纺织品，从人体运动中获取多种生物力学能量，并有效地将其转化为稳定的电能，该织物的有效面积为 16 cm2，在50 MΩ的负载下可以提供80 mW/m2的功率密度。但由于人体运动存在的非稳态振动导致供能不稳，需要制定相应的框架以提高输出功率[24]。Roudneshin等[12]提出结合机器学习和分析的方法获取库仑力参数发生器装置(CFPG)中静电力最优值，从而使输出功率最大化。随后采用绝对加速度自适应估计最优静电力的新方法，结果显示基于动能的微能收集器输出功率有较大改善[25]。

表1 摩擦纳米发电机的应用

综上所述，机械能采集表现出可控、紧凑和轻质的优点，但是，时常会因为输出电压过高造成设备损坏，同时结构较为复杂，需要通过相关电路进行输出调节[26]。

1.1.2 热能的转化

热能收集和转化主要通过热电材料获取电能，通过PN结将热能转化电能，如图4所示[19]。由于传统热电材料存在机械稳定性差、能量转换效率低等问题，Duan等[27]基于密度泛函理论和玻尔兹曼传输计算，利用拉什巴型自旋轨道耦合和平面外电偶极之间的协同效应，制作出最大室温热电优值(ZT)为0.41的WSTe材料，其具有较低的热导率与良好的热电转换效率，成为优选的二维可穿戴材料之一。同时，依靠人体来收集能源，通过人体皮肤发出的热能进行热电转化。由于体温与外界温差将产生浮力气流，可以带动涡轮旋转产生电能[28]，或直接利用温度梯度发电[29]。

图4 热电转换原理

热能转化有着易于维护、独立组网、拓展性高的优点，但其存在不可控制的能量输出和较低能量密度的缺点，需要设计一定的能量管理策略来减少热能的损失，从而提高热能利用率。

1.1.3 无线能量的收集

随着无线技术的发展，通过整流天线从射频中获得能量逐渐成为研究热点。整流天线将射频波转换为可用的能量，以驱动电子设备。用于收集能量的射频波的功率取决于发射器和接收器之间的距离[30]。射频-直流转化器是射频能量转换的技术核心，Noghabaei等[31]提出了金属氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)的整流器分析模型，在 5 MΩ 负载下输出为-25.5 dBm，在100 MΩ负载下 -29 dBm，在-16 dBm输入功率下测量峰值端到端效率为42.4%，可为450 kΩ的负载提供 2.19 V 输出电压。提高了转换器的灵敏度和输入功率范围。微波也是无线电力转换的主要形式之一，将接收到的微波或射频能量转换为直流[32]。由二硫化钼构成的整流器可将有效地将电磁波转化为直流，并产生较高功率[33]，同时，其可以实现大规模柔性制造，未来有望可以得到广泛应用。

无线能量收集可以很好地结合到生活场景中，可操作性高，但是输出能量功率偏低，容易受环境干扰，导致输出不稳定。

1.1.4 光能的吸收

光能相较于其他能源的采集，具有广泛性、易采集、普适性强等优点，但是不适用于室内作业，且受时间和天气等多种外界环境的影响。目前染料敏化、有机薄膜、量子点以及钙钛矿太阳电池将有望成为可穿戴设备光能采集的有效手段[34-35]。Landerer等[36]设计的一种由半透明有机太阳能电池，可以实现在低至500 lux光照强度下获取电能。其可在光线不足的条件下，为太阳能眼镜进行自行供电。王远飞[37]提出人工神经网络辅助优化电路设计，通过构建负反馈控制环路，实现对太阳能电池最大功率的低成本、高精度自适应追踪，验证的太阳能电池平均追踪误差仅为0.265%，峰值转换平均效率为86.21%，此类高性能的微能采集装置，可以有效地收集环境中的太阳能，大大提高可穿戴设备使用无线传感器的续航能力。

光能吸收有着环保、容易实现的优点，但是太阳光供能对天气的依赖较大，获得的能量密度变化大、不稳定。

1.1.5 湿气能的采集

通过吸收大气中广泛存在的气态水分子，从而转换为电能的过程称为湿气能的利用[38]。其目前重要的研究方向为：在复杂和高度可变形工作条件下，研究异质结构氧化石墨烯(GO)高性能的湿电发生器提高发电机性能。Yang等[39]设计了复杂结构的石墨烯基水电发生器(GHEG)，该发生器可以组装成从平面几何到空间的各种结构，在大气湿度的变化下，输出电压容易达到1.5 V，可变形的特性使得GHEG可以应用于复杂表面、人体，以及商业电子元件。Shao等[40]开发的基于GO的同轴纤维状湿电发电机(FHEG)，在70%的湿度下，可以提供0.21 μW/cm的功率密度，同时与织品的兼容性增强了在可穿戴方面的应用。同时，上述设备皆可通过简单的串联/并联方式，将能量提高到所需的合适数值。为了改良湿电发生器(HEG)存在材料昂贵和短期功率输出不利等缺点，Ren等[41]利用易制备的硫还原地杆菌薄膜和低成本的氧化铟锡电极制备全细胞HEG，开路电压达到0.3 V，负载电流达到0.3 μA，功率密度达到2.5 μW/cm2，持续时间超过2160 h，可以从环境湿度中产生可持续的湿电，极大地推动湿电技术的实际应用。相关装置由于材料的特殊性，还可检测人类呼吸的水蒸气以及环境湿度的变化，增强了自供电传感器技术[42- 43]。

湿气能的利用有着环保低碳、易制造、能量输出可控的优点，但是输出功率偏低、多设备串联存在功率损耗和互相影响，同时形状、体积的复杂度会相应提高。

1.1.6 多能量采集

为了提高与可穿戴设备的兼容性，拓宽自供电纳米设备的覆盖面，Lee等[44]通过结合太阳能电池、摩擦电纳米发电机(TENG)和压电纳米发电机(PENG)，提出一种柔性混合纳米发电机(FHNG)，可以分别同时收集电能和雨滴的冲击能量，具有自洁特性和在阳光和雨滴下的高输出性能。Yu等[45]提出射频(RF)和太阳能联合采集系统，通过利用透明天线，整流器和太阳能电池可以增大输出功率的范围，适应更多应用场景的同时，还获得多于单个太阳能电池的额外功率，如图5所示。Li等[46]设计了集成压电和电磁转换两项技术的可穿戴毫米级能量发生器，可以从人类运动的动能中获得2.1 W的瞬时功率，产生的功率密度比最先进的单体工作高出一个数量级，经实验验证可以为180 mAh锂电池在数十分钟内快速充电。未来，需要更多的能源结合技术使得可穿戴设备的供能效率更加高效。

图5 混合采集器在人体上的应用

1.2 能量储存技术

常见的储能设备有电解电容、锂离子电池和超级电容器。但在可穿戴设备的应用中，电解电容较少与能量采集设备结合使用，超级电容器存在能量密度低的不足，锂离子电池存在充电频繁、安全性差，会对环境造成破坏等缺点[37]，相关储能设备的技术特点如表2所示。在能量采集技术创新的基础上，可穿戴设备需要具有灵活、耐用、安全、能源密度高的储能特点，因此，可穿戴技术的发展离不开与储能技术的协同。

表2 微型储能技术特点

Zhang等[47]通过集成锂离子电池和非晶硅太阳能组件，设计出柔性电源用于可穿戴设备供电，可以增加可穿戴设备的柔性化应用。Rajendran等[48]设计一种丝网印刷的柔性可拉伸超级电容器，作为能量缓冲元件为可穿戴设备供电，在电流密度 0.4 mA/cm2的情况下，电极拥有167 mF/cm2的最高面积电容，显示出14.9 μWh/cm2的面积能量和0.29 mW/cm2的功率密度。另外，该超级电容器与柔性太阳能电池的结合，可以在太阳光强度较弱的条件下为可穿戴设备供电。Vaghasiya等[49]利用汗水作为电解质，设计电极和电解质高生物相容性的柔性超级电容器供电设备，佩戴者运动时可直接贴在皮肤和衣物上，该设备表现出优异的比热容、功率密度、循环稳定性和弯曲稳定性。超级电容器在人体上的分布如图6所示。基于纳米片的可穿戴超级电容器的能量密度虽然低于电池，但是其充放循环优于电池，充电更快，可以更好地满足可穿戴设备能源需求[47]。Jiang等[50]设计的独特超级电容器具有分层的Ni@MnO2纳米分支结构，通过简便的电化学沉积方法支撑在透明且灵活的独立镍网上，分层电化学沉积方法如图7所示，将超级电容器装置的性能提高到19.65 mF/cm2，与平面电极(2.1 mF/cm2)具有相同数量级，其中透明度可达到77%，为开发具有高透光性和机械可靠性的可穿戴式储能设备提供了一种简单的电容增强方法。

图6 生物超级电容器

图7 分层电化学沉积法

为了降低可穿戴设备的制造成本，Yan等[51]通过喷墨打印技术在柔性基材上实现高图案分辨率和均匀性结构，以获得高效的电、光学性能。在实现可穿戴设备储能目的的同时，还可应用于传感器、显示器、晶体管，为可穿戴系统提供新的发展方向。

1.3 能量管理策略

由于微能采集和能源储存需要相应的控制与调节电路，因此制定系统级的能源管理策略非常必要，以便提高其在可穿戴系统的使用效率、可靠性和实用性。可穿戴设备在运作过程中，存在各种输出特性如电压和频率，制定能源管理策略可以确保可穿戴设备电源的稳定输出[52]。具有能源自主性、可靠性、实用性的可穿戴式电子系统，也符合当前微电网的研发愿景[53]。目前研究可以归纳为：a)太阳能电池作为应用最广泛设备之一，需研究其多维、高精度的电学特性模型，同时，精确追踪太阳能获取最大功率并制定策略；b)功率转换器用于克服电压适配，需研发适合多电路类型的分析模型，进一步提高电容型转换器效率，实现光伏阵列的最大功率点追踪；c)微能采集容易受环境影响，具有不稳定的特性，需要借助辅助作用的储能元件，设计能量管理拓扑架构，平衡可穿戴设备的供能与耗能。

1.3.1 能源收集管理策略

Benhammane等[54]使用微型太阳能电池与安装在太阳能跟踪器上的光学器件建立模型，聚焦太阳光束增加能量收集密度。该模型中加入太阳光束辐照度、环境温度和空气质量等气象参数，特别是太阳辐射的光谱特性，分析了转换过程与成本，同时还保证了能量输出效率。Millah等[55]构建二极管模型研究3种常用太阳能电池板的材料，获取在遮阳条件下最大功率和最短响应时间的材料，实现跟踪效率最高、节能和节时，可以为其他能源收集装置增加功率提供参考。图8为加入模型算法后的功率转换模型，用来进行能量收集管理。Yao等[56]提出了升压和全桥集成薄膜电容转换器，经仿真和实验结果分析，可用于输入电压变化范围大的燃料电池和太阳能电池，从而提高能量输出效率。

图8 用于能量采集的电子转换器

TENG因为脉冲输出的存在，需要一定的电源管理电路，如交直转换器或间歇操作电路。Kawaguchi等[57]提出由晶体管组成的简单而高效的间歇性操作电路，从存储电容器到负载的能量传输效率达到89%，较好地适用在TENG的可穿戴电子设备。Mayer等[58]提出适用于动能采集传感器的电源管理电路，如图9所示，旨在以自适应的电压比例和高可靠性供应负载，结果表明实验测试采集效率高达79%。

图9 电源管理电路

可穿戴自供电设备吸热可以很好地转化为电能，但存在设备的散热问题，Malakooti等[59]使用液态金属(LM)复合材料作为热电发电机(TEGs)的辅助装置，传递人体皮肤热量给热电模块，增加了设备的散热性能，增强了可穿戴设备的发电能量和柔性、可拉伸性。

1.3.2 能量储存管理策略

对可穿戴设备收集到的能量进行分配也是提高能量利用率，减小能耗的重要措施。Xiao等[60]提出了优化能量分配算法，如图10所示，最大限度地减少人体运动能量的损失，提高可穿戴设备的能源利用效率。Lattanzi等[61]联合不同类型的神经网络，对内存使用、能源消耗和执行时间进行分析，建立多层感知网络，增加了内存使用量，极大地降低了能耗。Wang等[62]根据光敏分子相互作用，通过离子形式优化了聚合物异构化动力学，以增加能量储存能力，并优化了低温选择性放热能力，为可穿戴设备能量储存提供了新途径。

图10 能源分配框架

2 集成技术的研究

独立的能量采集或能量储存存在各自的局限性，能量采集需要额外的单元来储存能量，能量储存的电能来源不稳定。TEGs和PEGs的运行需要机械运动。自然环境中，TENG能量采集装置存在不稳定性阻碍。太阳能电池仅适用于日照光充足的情况下才能工作，不利于室内作业，且受外界环境的影响，同时材料的特殊性使生产成本和耐用性受到很大限制[63]。可穿戴电子设备的可靠性和可持续性，取决于两个模块的合理整合和相应的控制与调节电路。

常见的集成技术主要是将人类自身的能量转化为电能，同时储存在电池中有效供能。Beyaz等[64]研发由多个压电盘装置，通过3D打印封装和整流电路，贴合在人体腰部，将腰部运动转换为电能，并储存在电池中。Krishnamoorthy等[65]开发了压电驱动式自充电超级电容器动力电池(SCSPC)，收集和储存电能在同一个单独系统中进行，利用压电电化学光谱实现SCSPC中的压电电化学能量转移和储存。Gilshteyn等[66]将压电聚合物亚乙烯基-三氟乙烯(P(C12H13N5O4-C2HF3))与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))薄膜整合到超级电容器系统中，实现了收集和储存能量的目的，开路电压在20 s内达到500 mV，增加了装置的灵活性、透明度和输出功率。对于其他能量转化为电能并存储的技术，会根据能量收集技术与存储技术的适配程度，采取对应的集成技术将能量存储到储能设备。

对于应用广泛的微型发电机技术，如TENG与超级电容器的耦合技术在可穿戴储能、集能应用上具有巨大潜力，但是TENG存在耐磨性差，配置复杂，电输出性能较低，受环境影响较大，制造成本高等缺点。通过绕线编织策略，TENG纺织品可以将各种生物运动能量转化为电能，采用柔性纱线[67-68]将不对称超级电容器与TENG编织在一起进行储能也是有效的方法。可以看出，通过特殊结构如纳米材料将储能和集能耦合，可以有效避免相应功能的缺点，为能源供给带来了许多的便利。

3 自供电传感器

传感器是可穿戴设备的核心技术，但是传统的传感器必须添加电池装置供电。随着人工智能和互联网技术的发展，自供电传感器可以为传感装置提供电源[69]，同时通过结合纳米柔性材料[70]可以提供良好的材料兼容性，增加可穿戴设备的延展性、灵活性。为实现植入式和可持续的可穿戴电子设备，自供电传感器技术将自供电与传感集成于一体，解决了目前大多数传感器不能独立工作，必须依赖外部电源的缺陷。运用新型微能采集或能量储存抑或二者集成技术，使得传感设备在恶劣的环境中可以持续工作，收集更多的作业数据构建强大的数据分析库。当传感器具有自供电特点[71]，可以与无线传输设备联合，为未来巡检现场物联网技术提供了更多了集成参考。自供电传感器功能框架如图11所示。

图11 自供电传感器功能框架

在传统可穿戴设备的电源中，传感器主要由酶生物燃料电池供电。但是作为带有酶电极的设备，其稳定性会受到如pH值、温度、盐离子或表面活性剂等因素影响，还存在制造难度大、成本高、可持续性不强的缺点。利用人体潜在资源如运动、汗水、体温等进行自供电可以有效地解决相关问题[72]。Liu等[73]研究了聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，用于监测排球运动员扣球手势的新型自供电可穿戴运动传感器。将机械能转化为电能的同时将压电信号输出运动信息，实时监测比赛中的细微动作和脉搏变化，反应技能。Lu等[74]研发聚偏氟乙烯与极化后的镀银电极和柔性聚酯基片组合，根据运动的状态产生不同的压电信号，监测和分析运动员的滑行角度、频率和推开技术，从而改善训练和提高成绩，同时压电信号可以为电容器充电，为无线设备提供电源。本文总结了一些关于自供电传感器的特点如表3所示。

表3 不同类型自供电传感器特点

Li等[75]研究了在原有TENG的供电基础上，加入人体感知、人机互动、人员识别和生成识别编码信息。He等[76]制造了具有高度灵活性的纺织基发生器(TMEGs)，由于其灵活性和良好的性能，可以作为智能面具来监测人类的呼吸，同时通过丝网印刷方法在不对称织物上直接印刷电极阵列，实现TMEG的大规模集成固定在衣服上充当便携电源作用。

为了改良自供电传感器的电容和生物感应性能，Li等[77]采用基于疏水的表面功能化钛酸钡(FD-BTO)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜的新型3D打印技术，制造出高压性能的柔性自供电传感器，表现出优异的灵敏度和压电系数，同时通过自供电打印传感器阵列来检测和分析人体运动情况。

为了提高自供电传感器进行自供电的同时保持传感器的准确性。Huang等[78]研发了离子型有机水凝胶的自供电传感器，离子水凝胶被用作超级电容器的电解质或传感器的功能元件，其具有很高的灵敏度和耐久性，在健康检测方面具有潜在应用，同时把机器学习结合到可穿戴系统中，为可穿戴设备提供新的前景。为了实现能量采集能力和传感功耗之间的平衡，Gyanchandan等[79]建立了能量平衡模型的理论模型，提取人类生理数据，还可向移动设备进行无线数据访问。Hou等[80]提出了具有导电布电极和弹性织物基底的超柔性织物热电发电机，同时具有温度感应和触摸感知能力，提高了自供电传感设备与衣物的兼容性，其中蛇形结构的布电极，为可穿戴传感器在衣物的分布方式提供形状参考。

综上所述，自供电传感器技术进行以下归类总结：a)自供电传感器可以在没有外部电源的情况下持续工作，是可穿戴系统在智能社会中收集数据和扩大数据维度的有效措施；b)目前多数自供电传感器技术是在微型发电机、储能装置等的能量利用和材料特性基础上，将其中的电信号转化为传感信息，或直接为传感器供电，使自供电传感器朝着低成本、易制造、可设计和多样化的方向发展；c)自供电传感器按工作位置可分为可穿戴式和植入式，多数供能模块以此为应用依据进行设计，可以很好地实现与人体的契合度。

4 总结与展望

本文对可穿戴电子设备的供能技术进行了详细的综述，归纳了微能采集技术、储能技术、采集与储能集成技术和新型自供电传感器技术。分析了不同能量来源和不同能量需求的可穿戴供能设备的组成、特点、性能和优缺点，为可穿戴设备可持续供能的科学选择与关键技术分析提供了参考，助力可穿戴系统获得最优效率。目前，可穿戴技术仍然存在着一些技术瓶颈，需要通过不断研究和大量实践加以改进和提升。随着柔性化和小型能源集成设备的快速发展，极大地推动了能源供给技术在可穿戴设备中的创新研究。目前为止，小型化的器件、大功率的高效转化、能量储存量增强等技术都极大地促进了可穿戴设备在巡检等工业中的应用。然而还存在以下挑战：

a)供电设备运行可能会产生阻抗，从而导致额外的功率消耗，同时环境中还存在干扰传感器运行因素，如噪音、热量、自然光干扰等。为解决这一挑战，需要通过系统结构改进，保护内部设备运行，并建立相关减少能耗机制，以实现精准作业和安全保障。

b)自供电传感器技术需要朝着除去复杂的电路设计、耗时的数据处理和额外的电力来源方向发展，例如打印式可穿戴自供电化学传感器具有统一、灵活、大规模生产的优点，可以为多个领域的可穿戴便携式传感设备开辟新方向。

c)对于不同制造工艺的可穿戴设备，需要开发出标准化流程，解决不同供电设备之间的性能校准问题，使得设备可以大规模集群使用。

d)很多可穿戴供能设备涉及到化学材料或化学方法，如涉及到媒介物的毒性、生物电极的污染以及电极的保质期等问题，未来需要进行更多的生物相容性研究，来确保与人体结合的安全性。

e)纳米材料是新型可穿戴供能设备的重要组成部分，但是基于纳米片的电池和超级电容器的能量储存有限，且纳米设备制造成本高、工艺复杂。未来应该建立低成本和良好成品率的纳米片，同时致力于提高能量容量和促进与可穿戴设备结合。

随着可穿戴设备更广泛的应用，未来可以获取大量可穿戴设备供能运行数据，更加深入地掌握设备的运行规律，结合智能算法分析，可以设计出更加智能、可靠、便捷、节能的可穿戴持续供能设备。