雨滴不僅僅是淡水的來源。它們還可以將機械能自由傳導至地面。多年來，科學家們一直在探索將這種能量轉化為電能的方法。然而，傳統的滴流發生器常常效率低下。部件較重，擴大規模的潛力有限。南京航空航天大學的一個研究小組開發了一種新的解決方案：一種利用天然水作為其結構一部分的浮動滴流發生器。其結果是一種收集更輕、更經濟、更可持續的清潔能源的方法。這項工作在《國家科學評論》中進行了描述。
大多數滴流發生器使用穩定的平台和金屬底部電極。當雨水撞擊上面的介電膜時，衝擊會產生電信號。雖然這種方法可以產生數百伏的電壓，但它們依賴於堅固且昂貴的材料，這限制了它們的廣泛使用。新設計採用了不同的方法，讓設備漂浮在水面上。在此設置中，水充當支撐物，也充當導電電極。與傳統系統相比，這種自然集成的配置可將設備重量減輕約 80%，將成本降低約 50%，同時保持相似的電力輸出。
水如何增加能量產生？
當雨水落在浮動的介電薄膜上時，底部的水提供了吸收衝擊所需的強度。由於不可壓縮性和表面張力，這有助於液滴更有效地在表面上擴散。同時水中的離子充當電荷載體。這使得水層可以充當可靠的電極。這些綜合效應使浮動發電機能夠提供每滴高達約 250 伏的峰值電壓，其性能水平可與使用金屬部件和固體表面的設備相媲美。
穩健性是新系統的一個關鍵優勢。測試表明，W-DEG 在各種溫度和鹽濃度下都能繼續發揮作用。甚至當暴露於含有生物污染物的天然湖水中時也是如此。許多能量收集設備在這種環境中都會退化。但該發生器保持穩定，因為其介電層具有化學惰性。而水的結構自然是靈活的。為了進一步提高可靠性，團隊利用水的強大表面張力來設計排水孔，使水向下流動而不是向上流動。這創造了一種自我調節的方式來去除多餘的滴水，並有助於防止可能影響性能的水積聚。
可擴展設計，用於大面積收集能量。
可擴展性是該技術的一個有前途的方面。研究人員建造了一個 0.3 平方米的集成裝置，比以前的液滴發生器大得多，並表明它可以同時為 50 個發光二極管 (LED) 供電。該系統還可在幾分鐘內將電容器充電至有用電壓。這顯示了其為小型電子設備和無線傳感器供電的潛力。隨著不斷發展，類似的系統可以應用於湖泊、水庫或沿海水域。它提供可再生電能而不佔用地面空間。
“讓水同時發揮結構和電力的作用。我們已經推出了一種輕量級、經濟高效且可擴展的滴流發電新策略，”研究作者郭万林教授說。 “這為無地水力發電系統打開了大門，可以補充太陽能和風能等其他可再生技術。”
更廣泛的應用和未來的可能性
這項研究的影響不僅僅是從雨水中收集能量。這是因為發電機自然漂浮在水中。因此，它可以支持各種水生環境中的環境監測系統。包括降雨頻繁地區的水質、鹽度或污染傳感器。該技術可以為當地電網提供清潔的分佈式能源。或作為離網需求的資源。 “自然整合設計”方法使用豐富的天然材料，例如水，作為重要的功能成分。它可能會激發未來可持續的技術進步。
即使實驗室結果令人滿意，但研究人員強調，在該技術得以廣泛應用之前還需要做更多的工作。實際雨滴的大小和速度各不相同。這些差異可能會影響電力生產。在動態戶外條件下保持大型介電薄膜的耐久性將需要額外的工程，然而，展示穩定的原型有效並成功擴展它是邁向實際使用的重要一步。
