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港城大研发液滴式发电机,一滴水可点亮100盏小LED灯
(时间:2020-3-2 10:30:54)

  

图a是基于液滴的发电机(DEG)的示意图。图b是在玻璃基板上制造的四个平行的DEG器件的光学图像。 香港城市大学/自然 图

   记者近日从香港城市大学获悉,由该校学者领导的研究团队,成功研发出一款新型液滴式发电机。该液滴发电机设有类似晶体管的结构,使其瞬时功率密度较现时类似的液滴发电机增加数千倍,并大大提升电能转化效率。这一成果发表于最新一期《自然》杂志上。
   据了解,传统液滴发电机基于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。而上述研究团队的两大关键性发现克服了这一问题。
   团队成员、香港城市大学王钻开教授介绍,这两大关键性发现,一是当水滴持续撞击可长期带有电荷的永电体材料聚四氟乙烯(PTFE)时,所产生的表面静电荷会不断累积至饱和水平。二是他们研发了一组类似于场效应晶体管的独特结构,该结构由一个铝电极和一个表面加上了一层PTFE薄膜的铟锡氧化物(ITO)电极所组成。当水滴撞击PTFE/ITO表面,并在表面上散开时,由于水是导电的,会“接通”铝电极和PTFE/ITO两个电极之间的通路,变成一个可通电的完整电路。基于这项设计,连续不断的水滴使PTFE上积存了高密度的表面静电荷。同时,每当水滴接通了两个电极,所有积存在PTFE上的电荷都全被释放,产生电流。因此,瞬时功率密度和电能转化效率都大幅提升。
   “我们的研究显示,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。”王钻开表示,这项研究成果可以帮助全球开发更多水资源,未来可以推广和安装在不同液体与固体接触的表面,例如轮船船身、海岸边甚至雨伞表面,以充分利用低频的水动能。

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