作者:Zuankai Wang 来源:《自然》 发布时间:2020/2/8 22:12:28
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新型水滴发电机研制成功

 

近日,一个中外联合团队成功研发出新型水滴发电机,其瞬时功率密度相较目前的类似水滴发电机增加了近千倍,并大大提升了电能转化效率。该成果有助推动水力发电研究和应对能源危机。相关论文刊登于《自然》。

虽然地球表面约有七成被水资源覆盖,但由于技术限制,人类一直未能将海浪、潮汐甚至雨水蕴藏的低频率动能有效率地转化为电能。例如传统摩擦起电的液滴发电机,是基于每个液滴撞击表面时的摩擦和静电感应而产生电力。但受表面摩擦电荷数量的限制,这种方式的电能转化效率较低。

为提升电能转化效率,研究团队研发出液滴式发电机,其瞬时功率密度,即每平方米可产生的最高能量达到50.1瓦,较没有晶体管设计的液滴发电机增加了数千倍,电能转换效率大大提升。

研究人员表示,当水滴持续不断撞击可长期带有电荷的永电体材料聚四氟乙烯(PTFE)时,产生的表面静电荷会不断累积直至一个饱和水平,令该材料能储存高密度的表面电荷。

他们还研发了一组独特结构。该结构由一个铝电极和一个表面加了一层PTFE薄膜的铟锡氧化物(ITO)电极组成。PTFE和ITO电极负责电荷产生、储存和感应。当水滴撞击PTFE/ITO表面并在表面上散开时,由于水是导电的,铝电极和PTFE/ITO两个电极之间的通路会接通,变成一个可通电的完整电路。

连续不断的水滴使PTFE上积存了密度很高的表面电荷,同时每当水滴接通两个电极后,所有积存在PTFE上的电荷都被释放,进而产生了电流。因此,瞬时功率密度和电能转化效率都大幅提升。

研究显示,一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下,可产生超过140伏特电压,发电机产生的电能足以点亮100盏小LED灯。(来源:中国科学报 鲁亦)

相关论文信息:http://dx.doi.org//10.1038/s41586-020-1985-6

 
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