雨水也是天然发电来源,一滴水足以点亮百盏LED

雨水也是天然发电来源,一滴水足以点亮百盏LED

滂沱大雨虽扰人,但也有用之处。最近美国与香港研究人员携手,想要研究这项常被人忽略的自然现象发电潜力,最终研制出水滴发电机(droplet-based electricity generator,DEG),可产生140 伏特电压,足以点亮100 盏LED。

利用雨滴来发电并不是什么稀奇的事情,过去许多科学家以液滴撞击表面的摩擦起电效应(tribeoelectric effect)与静电感应研制出各种新奇的设备,像是在太阳能板装上奈米摩擦发电机,让太阳能模组不管是晴天还是雨天都有电。

所谓摩擦起电,指的是透过两种不同的物体相互摩擦,让物体最外层的电子有足够的能量转移,最后两个物体分别带有负电荷与正电荷,这也是静电起因,只不过受摩擦电荷数量的限制,雨滴撞击力太小,发电量往往不高。

因此香港城市大学(城大)与美国内布拉斯加大学林肯分校(UNL)除了同样地善用摩擦起电理念,还研制出类似场效电晶体(field-effect transistor,FET)的三端(three-terminal)设备, 以电场效应控制电流,最终提高设备的能量密度。

该设备由铝电极以及覆盖永电体材料聚四氟乙烯(PTFE)的氧化铟锡(ITO)电极组成,其中PTFE/ITO 电极主要负责感应、产生与储存电荷,而团队采用PTFE 材料主要是考量到设备以雨水来发电,发电机还要具备防水等功能,以免雨水渗入设备影响寿命,除此之外,当雨滴打在设备上时, PTFE 也会桥接两个电极并形成封闭回路,释放储存在材料表面的电荷。

这过这项设计,团队的DGE 设备瞬间功率密度与能量转换效率双双提高,瞬间功率密度已提高至每平方公尺50W,为过去设备的千倍以上。城大材料工程系教授王钻开(Wang Zuankai )指出,根据团队实验,若100 微升(microlitre,μL)的水从15 公分处落下,可产生140 伏特电压,电力足够点亮100 盏LED。

王钻开补充,瞬间功率密度之所以会提高,并不是因为附加能量,而是由雨滴动能转换而来,团队认为可善加利用这些既免钱又永续的雨滴重力。同时这项设备不单单只能透过雨水来发电,海水也同样可行,因此可装设在轮船船身、海岸边以及雨伞表面等地。

目前研究已发表在《Nature》。

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