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：
