圖a是基于液滴的發電機(DEG)的示意圖。圖b是在玻璃基板上制造的四個平行的DEG器件的光學圖像。 香港城市大學/自然 圖
記者近日從香港城市大學獲悉，由該校學者領導的研究團隊，成功研發出一款新型液滴式發電機。該液滴發電機設有類似晶體管的結構，使其瞬時功率密度較現時類似的液滴發電機增加數千倍，并大大提升電能轉化效率。這一成果發表于最新一期《自然》雜志上。
據了解，傳統液滴發電機基于液滴撞擊表面時的摩擦和靜電感應而產生電力，但受表面摩擦電荷數量的限制，這種方式的電能轉化效率較低。而上述研究團隊的兩大關鍵性發現克服了這一問題。
團隊成員、香港城市大學王鉆開教授介紹，這兩大關鍵性發現，一是當水滴持續撞擊可長期帶有電荷的永電體材料聚四氟乙烯(PTFE)時，所產生的表面靜電荷會不斷累積至飽和水平。二是他們研發了一組類似于場效應晶體管的獨特結構，該結構由一個鋁電極和一個表面加上了一層PTFE薄膜的銦錫氧化物(ITO)電極所組成。當水滴撞擊PTFE/ITO表面，并在表面上散開時，由于水是導電的，會“接通”鋁電極和PTFE/ITO兩個電極之間的通路，變成一個可通電的完整電路。基于這項設計，連續不斷的水滴使PTFE上積存了高密度的表面靜電荷。同時，每當水滴接通了兩個電極，所有積存在PTFE上的電荷都全被釋放，產生電流。因此，瞬時功率密度和電能轉化效率都大幅提升。
“我們的研究顯示，一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下，可產生超過140伏特電壓，發電機產生的電能足以點亮100盞小LED燈。”王鉆開表示，這項研究成果可以幫助全球開發更多水資源，未來可以推廣和安裝在不同液體與固體接觸的表面，例如輪船船身、海岸邊甚至雨傘表面，以充分利用低頻的水動能。
