Ny dråbebaseret elgenerator:En dråbe vand genererer 140V strøm, tænder 100 LED-pærer

Et forskerhold ledet af forskere fra City University of Hong Kong (CityU) har for nylig udviklet en dråbebaseret elektricitetsgenerator (DEG) med en felteffekttransistor (FET)-lignende struktur, der giver mulighed for høj energikonverteringseffektivitet og øjeblikkelig effekt tæthed tusindvis af gange større end sine modparter uden FET-teknologi. Dette vil bidrage til at fremme videnskabelig forskning i vandenergiproduktion og tackle energikrisen.

Forskningen blev ledet sammen af ​​professor Wang Zuankai fra CityU's Department of Mechanical Engineering, Professor Zeng Xiao Cheng fra University of Nebraska-Lincoln, og professor Wang Zhong Lin, stiftende direktør og chefforsker fra Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems of Chinese Academy of Sciences. Deres resultater blev offentliggjort i Natur i en undersøgelse med titlen "En dråbebaseret elektricitetsgenerator med høj øjeblikkelig effekttæthed."

Effektiviteten af ​​omdannelse af elektrisk energi er væsentligt forbedret

Omkring 70 % af Jordens overflade er dækket af vand. Alligevel lavfrekvent kinetisk energi indeholdt i bølger, tidevand, og selv regndråber omdannes ikke effektivt til elektrisk energi på grund af begrænsninger i den nuværende teknologi. For eksempel, en konventionel dråbeenergigenerator baseret på den triboelektriske effekt kan generere elektricitet induceret af kontaktelektrificering og elektrostatisk induktion, når en dråbe rammer en overflade. Imidlertid, mængden af ​​ladninger, der genereres på overfladen, er begrænset af grænsefladeeffekten, og som et resultat, energikonverteringseffektiviteten er ret lav.

For at forbedre konverteringseffektiviteten, forskerholdet har brugt to år på at udvikle DEG. Dens øjeblikkelige effekttæthed kan nå op til 50,1 W/m ² , tusinder gange højere end andre lignende enheder uden brug af FET-lignende design. Og energiomsætningseffektiviteten er markant højere.

Professor Wang fra CityU påpegede, at der er to afgørende faktorer for opfindelsen. Først, holdet fandt, at de kontinuerlige dråber, der rammer PTFE, et elektretmateriale med en kvasi-permanent elektrisk ladning, giver en ny rute til akkumulering og opbevaring af højdensitets overfladeladninger. De fandt ud af, at når vanddråber kontinuerligt rammer overfladen af ​​PTFE, de genererede overfladeladninger vil akkumulere og gradvist nå en mætning. Denne nye opdagelse hjalp med at overvinde flaskehalsen med lav ladningstæthed, man stødte på i tidligere arbejde.

Unik felteffekt transistorlignende struktur

Et andet nøgletræk ved deres design er et unikt sæt strukturer, der ligner en FET, den grundlæggende byggesten i moderne elektroniske enheder. Enheden består af en aluminiumselektrode og en indiumtinoxid (ITO)-elektrode med en film af PTFE aflejret på den. PTFE/ITO-elektroden er ansvarlig for ladningsgenereringen, opbevaring og induktion. Når en faldende vanddråbe rammer og spreder sig på PTFE/ITO overfladen, det "broer" naturligt aluminiumelektroden og PTFE/ITO elektroden, at oversætte det originale system til et lukket elektrisk kredsløb.

Med dette specielle design, en høj tæthed af overfladeladninger kan akkumuleres på PTFE'et gennem kontinuerlig dråbepåvirkning. I mellemtiden når spredevandet forbinder de to elektroder, alle de lagrede ladninger på PTFE kan frigives fuldt ud til generering af elektrisk strøm. Som resultat, både den øjeblikkelige effekttæthed og energikonverteringseffektiviteten er meget højere.

"Vores forskning viser, at et dråbe på 100 mikroliter vand frigivet fra en højde på 15 cm kan generere en spænding på over 140V. Og den genererede strøm kan tænde 100 små LED-pærer, " sagde professor Wang.

Han tilføjede, at stigningen i øjeblikkelig effekttæthed ikke skyldes yderligere energi, men fra omdannelsen af ​​​​kinetisk energi af vandet selv. "Den kinetiske energi, som faldende vand medfører, skyldes tyngdekraften og kan betragtes som fri og vedvarende. Den bør udnyttes bedre."

Deres forskning viser også, at reduktionen i relativ luftfugtighed ikke påvirker effektiviteten af ​​elproduktion. Også, både regnvand og havvand kan bruges til at producere elektricitet.

Faciliterer verdens bæredygtighed

Professor Wang håbede, at resultatet af denne forskning ville hjælpe med at høste vandenergi for at reagere på det globale problem med mangel på vedvarende energi. "Generering af strøm fra regndråber i stedet for olie og atomenergi kan lette den bæredygtige udvikling af verden, " han tilføjede.

Han mente, at i det lange løb, det nye design kan påføres og installeres på forskellige overflader, hvor væske er i kontakt med fast stof, at udnytte den lavfrekvente kinetiske energi i vand fuldt ud. Dette kan variere fra skrogets overflade på færgen, kystlinje, til overfladen af ​​paraplyer eller endda inde i vandflasker.