06.02.2020
София Жаботинская
3

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.
Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 09:29
ФизТех

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

-
0
+
Новость прям внушает надежду на светлое будущее)
В Питере озолотиться можно будет
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

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: