Novi uređaj može napajati 100 malih LED svjetla jednostavno iskorištavanjem energije jedne kapljice vode

Sve Vijesti
Foto CityU

Sada smo na korak do učinkovitog stvaranja električne energije iz jedne kapi vode.

Istraživački tim pod vodstvom znanstvenika s gradskog sveučilišta u Hong Kongu (CityU) razvio je generator električne energije zasnovan na kapljicama (DEG): uređaj koji može napajati do 100 malih LED žarulja jednostavno iskorištavanjem snage kišne kapi.


Uređaj koristi strukturu sličnu tranzistoru s poljskim efektom (FET) koja omogućuje visoku učinkovitost pretvorbe energije i trenutnu gustoću snage povećane tisuće puta u usporedbi s kolegama bez strukture slične FET-u.

Istraživanje, koje je vodio Odjel za strojarstvo CityU-a, objavljeno je u najnovijem izdanju časopisa Priroda .

IZGLED: Kamioni za smeće u Torontu uskoro će se napajati bioplinom iz samih ostataka hrane koje sakupljaju

Hidroenergija nije ništa novo. Oko 70% zemljine površine prekriveno je vodom. Ipak, kinetička energija niske frekvencije sadržana u valovima, plimama i osekama, pa čak i kišnim kapima ne pretvara se učinkovito u električnu energiju zbog ograničenja u trenutnoj tehnologiji.


Na primjer, konvencionalni generator energije kapljica zasnovan na triboelektričnom efektu može generirati električnu energiju induciranu elektrifikacijom kontakta i elektrostatičkom indukcijom kada kapljica udari u površinu. Međutim, količina naboja stvorenih na površini ograničena je međusobnim učinkom, a kao rezultat toga, učinkovitost pretvorbe energije je prilično niska.

Kako bi poboljšao učinkovitost pretvorbe, istraživački tim proveo je dvije godine razvijajući DEG. Njegova trenutna gustoća snage može doseći i do 50,1 W / m2, tisuće puta veća od ostalih sličnih uređaja bez upotrebe FET-sličnog dizajna. A učinkovitost pretvorbe energije je znatno veća.


VIŠE: Prva potpuno punjiva baterija od ugljičnog dioksida sedam puta je učinkovitija od litij-ionske

Profesor Wang Zuankai iz CityU-a naglasio je da postoje dva ključna čimbenika za izum. Prvo, tim je otkrio da kontinuirane kapljice koje udaraju o PTFE, elektretni materijal s kvazi trajnim električnim nabojem, pružaju novi put za akumulaciju i skladištenje površinskih naboja velike gustoće. Otkrili su da će se kad kapljice vode kontinuirano udaraju o površinu PTFE-a generirani površinski naboji nakupljati i postupno dosezati zasićenje. Ovo novo otkriće pomoglo je prevladati usko grlo niske gustoće naboja nađeno u prethodnom radu.

Slika 'a' je shematski dijagram DEG: staklo za ITO staklo presvučeno je tankim filmom PTFE i na njega je stavljena aluminijska elektroda. Kapljice vode djeluju kao vrata tranzistora i dovršavaju krug kad udare o površinu stakla. Slika 'b' je optička slika koja prikazuje četiri paralelna DEG uređaja izrađena na staklenoj podlozi. Foto CityU.

Jedinstvena struktura nalik tranzistoru s efektom polja

Još jedna ključna značajka njihovog dizajna je jedinstveni skup struktura sličnih FET-u, koji je 1956. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku i postao osnovni gradivni element modernih elektroničkih uređaja.

Uređaj se sastoji od aluminijske elektrode i elektrode od indij-kositrevog oksida (ITO) na koju se nanosi film PTFE. Elektroda PTFE / ITO odgovorna je za stvaranje, pohranjivanje i indukciju naboja. Kad kapljica vode koja padne udari i širi se na površinu PTFE / ITO, ona prirodno 'premošćuje' aluminijsku elektrodu i PTFE / ITO elektrodu, prevodeći izvorni sustav u električni krug zatvorene petlje.


PROVJERI: Uzbudljiva nova studija kaže da usjevi uspijevaju ispod solarnih panela - a paneli proizvode više energije

Ovim posebnim dizajnom na PTFE-u se može akumulirati velika gustoća površinskih naboja kontinuiranim naletom kapljica. U međuvremenu, kada voda koja se širi poveže dvije elektrode, svi pohranjeni naboji na PTFE-u mogu se potpuno osloboditi za proizvodnju električne struje. Kao rezultat, trenutna gustoća snage i učinkovitost pretvorbe energije su mnogo veći.

„Naše istraživanje pokazuje da kap od 100 mikrolitara (1 mikroliter = milionita litra litre) vode koja se oslobodi s visine od 15 centimetara može generirati napon preko 140 V - a generirana snaga može upaliti 100 malih LED žarulja ', Rekao je profesor Wang.

Dodao je da povećanje trenutne gustoće snage ne proizlazi iz dodatne energije, već zbog pretvorbe kinetičke energije same vode.

VIŠE: Ova revolucionarna visoka peć isparava smeće i pretvara ga u čistu energiju (bez ikakvih emisija)

'Kinetička energija nastala u padajućoj vodi posljedica je gravitacije i može se smatrati slobodnom i obnovljivom', rekao je. 'Trebalo bi ga bolje iskoristiti.'

Njihova istraživanja također pokazuju da smanjenje relativne vlažnosti ne utječe na učinkovitost proizvodnje električne energije. Također, i kišnica i morska voda mogu se koristiti za proizvodnju električne energije.

Profesor Wang nadao se da će ishod ovog istraživanja pomoći u sakupljanju vodene energije kako bi se odgovorilo na globalni problem nedostatka obnovljive energije. 'Proizvodnja energije iz kišnih kapi umjesto nafte i nuklearne energije može olakšati održivi razvoj svijeta', dodao je.

Vjeruje da bi se dugoročno novi dizajn mogao primijeniti i instalirati na različite površine, gdje je tekućina u dodiru s krutim tvarima, kako bi se u potpunosti iskoristila niskofrekventna kinetička energija u vodi. To se može kretati od površine trupa trajekta ili obale do površine kišobrana ili čak unutrašnjosti boca s vodom.

Pretiskano iz Gradsko sveučilište u Hong Kongu

Osnažite se pozitivnim vijestima dijeljenjem dobrih vijesti s prijateljima na društvenim mrežama ...