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香港研發效率更佳的水滴發電機,一滴水點亮百盞 LED 燈

香港研發效率更佳的水滴發電機,一滴水點亮百盞 LED 燈

圖文引用自:https://tomorrowsci.com

過去曾有不少試圖利用雨水發電的研究,但最近香港城市大學(City University of Hong Kong)領導的研究團隊開發了一種新的液滴式發電機(droplet-based electricity generator, DEG),具有突破性的進展,有助推動新型態的水力發電並應對能源危機。

既有的液滴式發電機是利用摩擦發電效應(triboelectric effect),用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,這種方式的電能轉換效率較低。為提升效率,研究團隊花了兩年時間研發出新型液滴式發電機,瞬時功率密度最高可達到 50.1 W/m2,較原先的液滴式發電機增加了數千倍,電能轉換效率亦大大提升。

創新關鍵

城市大學機械工程學系王鑽開教授指出,這項新研發有兩大關鍵︰首先是團隊發現,當水滴持續撞擊可自身帶有電荷的駐極體(electret)材料,聚四氟乙烯(PTFE,商品名鐵氟龍),所產生的表面靜電荷會不斷累積直至飽和,令 PTFE 可儲存高密度的表面電荷。此發現幫助他們克服電荷密度過低的瓶頸。

另一關鍵是他們研發的類似場效電晶體(field-effect transistor)結構。該結構由鋁電極和表面加上一層 PTFE 薄膜的銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)電極所組成,PTFE 和 ITO 電極負責電荷產生、儲存和感應。

當水滴撞擊 PTFE/ITO 表面,會讓 PTFE 累積高密度的表面電荷,而之後在表面上散開的水會「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,釋放積存在 PTFE 上的電荷而產生電流。因此,瞬時功率密度和電能轉化效率都大幅提升。

 

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