• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
06.02.2020
София Жаботинская
3
24 216

Новая технология позволит обеспечить энергией сотню маленьких светодиодных ламп при помощи одной капли воды

5.1

Уникальное устройство позволяет извлекать энергию из падающих капель воды с такой эффективностью, что в будущем может стать основой части альтернативной энергетики.

Капельный генератор
Капельный генератор /© © Z. Wang, Z.L. Wang, X.C. Zeng, Nature, 2020

Группа ученых, возглавляемая исследователями из Городского университета Гонконга, разработала электрогенератор на капельной основе с полевой транзисторной структурой (ПТС). Устройство обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии и удельную мощность на несколько порядков выше, чем у аналогов без ПТС. Статья о разработке опубликована в журнале Nature.

Вода — перспективный источник для извлечения энергии. Однако низкочастотная кинетическая энергия, содержащаяся в волнах, приливах и даже каплях дождя, преобразуется в электроэнергию неэффективно из-за ограничений в современной технологии.

Уже давно известны трибоэлектрические капельные генераторы, которые извлекают энергию благодаря трению падающих капель о поверхность. Однако количество зарядов, генерируемых на поверхности, ограничено площадью контакта двух фаз, поэтому эффективность преобразования энергии в таком приборе очень низкая.

Капельный генератор обеспечивает свечение светодиодных ламп / © YouTube — SciTech Daily

Исследователи около двух лет работали над проблемой улучшения энергетической конверсии в капельных генераторах. Его мгновенное значение удельной мощности достигает 50,1 Вт/м2, что в тысячи раз выше, чем у ранее созданных аналогов.

Разработке прибора поспособствовали два ключевых открытия. Ученые обнаружили, что капли воды, непрерывно падающие на поверхность из политетрафторэтилена (известен под коммерческим названием «тефлон»), способствуют накоплению генерируемых поверхностных зарядов до точки насыщения.

Вторым открытием стала уникальная конструкция базового элемента генератора, по своей структуре похожая на полевой транзистор — полупроводниковый прибор, являющийся основой современных электронных приборов. Устройство состоит из двух электродов: первый — алюминиевый, а второй сделан из оксида-индия олова и покрыт политетрафторэтиленом (PTFE/ITO-электрод).

Схема устройства базового элемента генератора / © Z. Wang, Z.L. Wang, X.C. Zeng, Nature, 2020

Именно второй электрод отвечает за генерацию и накопление зарядов. Когда падающая капля воды попадает на поверхность PTFE/ITO и распространяется по ней, она естественным образом «соединяет» оба электрода, превращая исходную систему в замкнутую электрическую цепь. Благодаря такой конструкции на PTFE/ITO-электроде могут накапливаться поверхностные заряды с высокой плотностью. Когда вода соединяет два электрода, все накопленные заряды могут полностью высвобождаться и генерировать электрический ток.

«Наше исследование показывает, что капля воды объемом 100 микролитров, падающая с высоты 15 сантиметров, может создавать напряжение свыше 140 Вольт. А генерируемой при этом мощности достаточно для свечения 100 маленьких светодиодных лампочек, — говорит руководитель проекта Ван Цуанкай. — Кинетическая энергия, связанная с падающей водой, обусловлена гравитацией и может рассматриваться как <…> возобновляемая. Ее следует использовать лучше».

Ван Цуанкай выразил надежду, что результаты этого исследования помогут решить глобальную проблему нехватки энергии. «Выработка электричества из дождевых капель вместо нефти и ядерной энергии может способствовать устойчивому развитию цивилизации», — добавляет ученый. Новый генератор может быть установлен там, где жидкость контактирует с твердой поверхностью. Например, на ватерлинии корабля или на линии прилива.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

Позавчера, 15:48
Ольга Иванова

Исследование американских нейробиологов на грызунах показало, что повышенный уровень тестостерона способствует не только агрессивному, но и просоциальному поведению.

Позавчера, 10:57
Сергей Васильев

Напряженная мыслительная деятельность приводит к накоплению нейромедиаторов в синапсах префронтальной коры. Это усложняет их работу и может повреждать нейроны, заставляя мозг сигнализировать об опасности.

Позавчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

Позавчера, 15:48
Ольга Иванова

Исследование американских нейробиологов на грызунах показало, что повышенный уровень тестостерона способствует не только агрессивному, но и просоциальному поведению.

Позавчера, 10:57
Сергей Васильев

Напряженная мыслительная деятельность приводит к накоплению нейромедиаторов в синапсах префронтальной коры. Это усложняет их работу и может повреждать нейроны, заставляя мозг сигнализировать об опасности.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: