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新型水滴式发电机:一滴水点亮100个LED灯泡_1

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新型水滴式发电机:一滴水点亮100个LED灯泡



图a为液滴发电机(DEG)的原理图。图b为玻璃基板上4个平行DEG器件的光学照片。


《自然》杂志报道,香港城市大学机械工程系Wang Zuankai教授、内布拉斯加大学林肯分校Zeng Xiao Cheng教授和中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所Wang Zhong Lin教授等,开发了一种具备类场效应晶体管(FET)结构的水滴发电机(DEG),这种发电机的能量转换效率和瞬时功率密度是无FET技术的同类产品的数千倍。该成果对于推进水能发电研究、解决能源危机有重要意义。


地球表面近七成的区域被水所覆盖。然而,受现有技术的限制,波浪、潮汐和雨滴中的低频动能还不能有效地转化为电能。例如,传统DEG虽然可以通过液滴接触表面时的接触带电和静电感应产生电能,但由于界面效应的限制,表面产生的电荷量非常有限,能量转换效率较低。


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为了提高转换效率,Wang教授等花了两年时间对DEG技术进行深度开发,将瞬时功率密度提高到50.1 W/m2。他指出,有两个关键因素对新型DEG技术有显著影响。首先,研究人员发现液滴连续撞击PTFE(一种带准永久性电荷的驻极体材料),为高密度表面电荷的积累和存储提供了新途径。由此,表面电荷可逐仙豆棋牌渐达到饱和。这一发现有助于克服此前的低电荷密度瓶颈。其次,他们设计了一种独特的类FET结构。FET是现代电子设备的基本元件之一,主要由铝电极和沉积PTFE薄膜-铟锡氧化物(ITO)电极构成。PTFE/ITO电极负责电荷的产生、存储和诱导。当滴落的水滴撞击并扩散到PTFE/ITO表面时,铝电极和PTFE/ITO电极之间就会“搭桥”,将系统转化为闭环电路。


借助这两处关键发现和设计,新DEG技术的瞬时功率和能量转换效率显著提升。Wang教授说:“体积100微升的水滴从15厘米高度滴落后,可以产生超过140伏特的电压,产生的能量足以点亮100个小型LED灯。此外,瞬时功率密度的增加值不是来自额外能量,而是来自其本身动能的转换。因此,这种发电方式的自由度和可再生度很高。”Wang教授等还发现,相对湿度降低不会影响发电效率。雨水和海水都可以用于发电。


Wang教授表示,他希望这项研究的成果能有助于水能的利用,以应对全球可再生能源短缺问题。他说:“与石化能源和核能相比,通过水能发电促进全球可持续发展是安全和环保的。长远来看,新型DEG技术可以考虑应用于各种液-固界面,从而充分利用水中的低频动能。”


原创编译:雷鑫宇 审稿:阿淼 责编:唐林芳


期刊来源:《自然》


期刊编号:0028-0836


原文链接:https://techxplore.com/news/2020-名郡棋牌下载02-droplet-based-electricity-140v-power-bulbs.html


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