Прорыв в капельной электрогенерации: дожди станут новым источником энергии

Дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

Изобретенный инженерами из Городского университета Гонконга генератор электроэнергии из капель отличает от аналогичных конструкций два ключевых фактора. Во-первых, исследователи обнаружили, что продолжительное падение капель на политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон), материал с квази-постоянным электрическим зарядом, обеспечивает новый метод аккумуляции и хранения поверхностных зарядов высокой плотности. Когда капли воды постоянно падают на поверхность ПТФЭ, поверхностный заряд накапливается и постепенно достигает насыщения. Это открытие помогает обойти проблему низкой плотности заряда.

Второй фактор — уникальное устройство, напоминающее полевой транзистор. Оно состоит из алюминиевого электрода и электрода из оксида индия и олова с нанесенной на него пленкой из ПТФЭ. Электрод с пленкой отвечает за генерацию, хранение и индукцию заряда. Когда падающие капли попадают на него и распределяются по его поверхности, они «соединяют» алюминиевый электрод и электрод с пленкой ПТФЭ, переводя исходную систему в замкнутую электрическую цепь.

Такая конструкция позволяет аккумулировать поверхностные заряды высокой плотности. В то же время, когда вода соединяет два электрода, все сохраненные заряды на ПТФЭ могут быть высвобождены для генерации электрического напряжения. В результате и мгновенная удельная мощность, и эффективность преобразования энергии становятся намного выше.

«Наше исследование показывает, что капля воды объемом 100 микролитров, упавшая с высоты 15 см, может дать напряжение свыше 140 вольт. А энергии хватит на работу 100 небольших светодиодных ламп», — заявил профессор Ван Чжэн, один из руководителей научной группы.

Мгновенная удельная мощность генератора достигает 50,1 В/м2, то есть в тысячи раз больше, чем у аналогичных устройств, не использующих полевых транзисторов.

Ван Чжэн добавил, что повышение мгновенной удельной мощности происходит не в результате дополнительной энергии, а в результате преобразования кинетической энергии самой воды. «Кинетическую энергию сообщает падающей воде гравитация, и ее можно считать бесплатной и возобновляемой, — пояснил он. — Ее следует использовать наилучшим образом».

Еще один вариант использования гидроресурсов для выработки электричества предложили ученые из США. Они создали первую систему, которая состоит всего из двух мембран и при этом не потребляет энергию, а лишь отдает ее.