Одна капля воды дает достаточно энергии, чтобы зажечь 100 светодиодных ламп
Новый генератор электроэнергии на основе капель обеспечивает мгновенную плотность мощности и невероятную эффективность преобразования энергии. Устройство может выдавать напряжение 140 В, используя всего лишь 0,1-миллилитровую каплю воды (высвобождаемой с высоты 15 см).
Гидроэнергетика стала источником выработки электроэнергии в конце 19 века. Это зеленый процесс, в котором сила получается из энергии падающей или быстро текущей воды.
Более 70% поверхности Земли покрыто водой. Тем не менее, существующие технологии не способны использовать кинетическую энергию, содержащуюся в приливах и волнах, для эффективного преобразования ее в электрическую энергию.
Хотя были предприняты значительные усилия для использования энергии океанских волн, рек, приливов и даже дождевых капель, эффективность преобразования энергии (воды в электричество) оставалась довольно низкой.
Чтобы увеличить эту эффективность преобразования, команда, возглавляемая исследователями из Городского Университета Гонконга, построила генератор электроэнергии на основе капель (DEG), который обеспечивает мгновенную плотность мощности в сочетании с невероятной эффективностью преобразования энергии.
В отличие от существующих генераторов электроэнергии на основе капель, которые полагаются на трибоэлектрический эффект, новый DEG имеет транзисторную структуру с полевым эффектом, обеспечивающую превосходную плотность мощности (до 50,1 Вт/м2) и значительно более высокую эффективность преобразования энергии.
Как это работает?
- Непрерывные капли, попадающие на синтетический фторполимер, называемый политетрафторэтилен (PTFE).
- Новое устройство, содержащее электрод оксида индия олова (ITO), алюминиевый электрод и нанесенную на него пленку PTFE.
ПТФЭ представляет собой синтетический фторполимер тетрафторэтилена с квазипостоянным электрическим зарядом. Когда капли воды непрерывно ударяются о ПТФЭ, заряды на его поверхности накапливаются и в конечном итоге достигают точки насыщения. Это обеспечивает новый способ накопления и хранения поверхностных зарядов высокой плотности.
Вторым ключевым параметром изобретения является уникальный набор структур, подобных полевому транзистору. Он содержит два электрода и нанесенную на него пленку из ПТФЭ. Когда капли воды ударяются о поверхность ПТФЭ и распространяются на нее, она «соединяет» ITO и алюминиевый электрод, превращая устройство в замкнутую электрическую цепь.
Когда капли воды соединяют два электрода, заряды, хранящиеся на поверхности ПТФЭ, могут высвобождаться для генерации электрического тока. Поскольку устройство полностью высвобождает заряды высокой плотности, эффективность преобразования энергии и мгновенная плотность мощности значительно выше.
Выходная мощность
Результаты показывают, что капля воды объемом 0,1 миллилитра, высвободившаяся с высоты 15 см, может создать напряжение 140 В, которого достаточно, чтобы зажечь 100 маленьких светодиодных ламп.
Впечатляющая мгновенная плотность мощности обусловлена падением воды на поверхность ПТФЭ. По мнению исследователей, эту свободную и возобновляемую кинетическую энергию воды следует лучше использовать.
Что еще более впечатляет, как морская вода, так и дождевая вода могут быть использованы для производства электроэнергии. Снижение относительной влажности не влияет на эффективность выработки электроэнергии. Исследовательская группа считает, что их устройство поможет уменьшить глобальную проблему дефицита возобновляемых источников энергии.
