06.02.2020
София Жаботинская
3
24 066

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.
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 19:27
Михаил Орлов

В последнее время Азовское море страдает от нашествий медуз-корнеротов. Местные исследователи из Азово-Черноморского филиала ВНИРО подошли к проблеме изобретательно и предложили использовать корнеротов как ценный продукт питания.

26 января
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

Позавчера, 19:39
Илья Ведмеденко

Летные испытания прототипа российской сверхлегкой ракеты могут начать в 2026-2027 годах. Помимо нее, в рамках конкурса «Аэронет-НТИ» создают межорбитальный малый разгонный блок.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

26 января
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[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
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: