Новая технология позволит обеспечить энергией сотню маленьких светодиодных ламп при помощи одной капли воды — Naked Science
7 минут
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.
Сегодня, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

Позавчера, 19:42
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 16:09
4 минуты
Илья Ведмеденко

Вчера состоялось торжественное событие: Южная Корея представила свой самый амбициозный военный проект — истребитель условно «нового» поколения. На опубликованных фото можно рассмотреть машину во всей красе.

Сегодня, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Позавчера, 19:42
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: