科學家研發(fā)出漂浮式發(fā)電機，可利用雨滴下落發(fā)電

中國科學家近日研發(fā)出一款漂浮式水力伏打發(fā)電機，該發(fā)電機置于水面上，可將下落雨滴的能量直接轉(zhuǎn)化為電能。這款水集成液滴發(fā)電機是由南京航空航天大學設計的，該設備重量輕、成本低，以水作為結(jié)構(gòu)和導電組件。

傳統(tǒng)的液滴發(fā)電機依賴于帶有金屬電極的剛性陸地裝置，而這種新型設計可以自由漂浮。這種發(fā)電機不需要占用陸地，也不需要笨重的材料來收集能量。該研究的通訊作者、南航力學教授郭萬林博士透露說："通過讓水本身同時發(fā)揮結(jié)構(gòu)和導電作用，我們解鎖了液滴發(fā)電的新方法，這種方法重量輕、成本低，而且可以擴展規(guī)模。"

傳統(tǒng)的液滴發(fā)電機通常依賴剛性基底和金屬底電極，當雨滴擊中電介質(zhì)薄膜時產(chǎn)生電荷從而發(fā)電。不過，盡管這些設備可以產(chǎn)生高壓電（通常為數(shù)百伏），但是它們的裝置笨重、昂貴，而且受限于固體建筑材料的使用。相比之下，郭萬林和他的團隊研發(fā)的這種新型水集成設備直接漂浮在水體上，以水本身作為支撐基底和導電電極。

研究團隊指出，這種新型水集成液滴發(fā)電機使用天然水體作為底電極。研究團隊稱，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，這一設計讓材料重量減少了約80%，成本降低了近一半。當雨滴擊中漂浮的電介質(zhì)薄膜時，水體的不可壓縮性和高表面張力提供了支撐雨滴沖擊所需的機械強度，從而讓液滴在表面上高效擴散。與此同時，水體中的離子充當電荷載體，讓水成為一個穩(wěn)定高效的電極。這些特性共同確保了漂浮式發(fā)電機每滴雨能產(chǎn)生大約250伏的電壓，與依賴金屬電極的傳統(tǒng)陸地設備相當。

這一設備的耐用性也很突出。實驗室測試表明，水集成液滴發(fā)電機在不同的溫度、鹽度甚至是被生物污染的湖水中都能可靠地運行。研究團隊稱："與許多在惡劣環(huán)境下性能會下降的能量設備不同，漂浮式發(fā)電機由于其介電層的化學惰性和水基結(jié)構(gòu)的彈性可以持續(xù)穩(wěn)定運行。"為了防止積水阻礙發(fā)電，研究人員添加了微型排水孔，讓水向下流動而不是向上流動，從而讓表面保持清潔以便雨滴沖擊。這種自我調(diào)節(jié)機制讓水集成液滴發(fā)電機即使在大雨中也能保持穩(wěn)定的性能。

漂浮式發(fā)電機也展現(xiàn)出了強大的可擴展?jié)摿?。該團隊公布的一款集成原型機面積為3.2平方英尺（0.3平方米），是同類產(chǎn)品中最大的，可以同時為50個發(fā)光二極管供電。水集成液滴發(fā)電機還能在幾分鐘內(nèi)給電容器充電。隨著進一步開發(fā)，這一設備可以部署在湖泊、水庫或海岸上，在不占用土地的情況下獲取可再生能源。它還可以支持監(jiān)測水質(zhì)、鹽度和污染的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

在降雨頻繁的地區(qū)，它還可以作為分布式能源，為當?shù)仉娋W(wǎng)供電或支持離網(wǎng)系統(tǒng)。郭萬林在新聞稿中說："這為無土地水力伏打發(fā)電系統(tǒng)打開了大門，這種系統(tǒng)可以補充太陽能和風能等其他可再生能源技術(shù)。"研究團隊指出，這一概念可能會重塑未來的綠色創(chuàng)新。他們在結(jié)論中寫道："這一耐用、高效、可擴展的原型機的示范標志著向?qū)嶋H應用邁出了重要一步。"

該研究發(fā)表在《國家科學評論》上。

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