- Noul generator de electricitate pe bază de picături oferă o densitate instantanee de energie, împreună cu o eficiență incredibilă de conversie a energiei.
- Dispozitivul poate produce o tensiune de 140V folosind doar o picătură de apă de 0,1 mililitru (eliberată de la o înălțime de 5,9 inci).
Energia hidroelectrică a devenit o sursă de generare a electricității la sfârșitul secolului al XIX-lea. Este un proces ecologic în care energia este obținută din energia apei care cade sau curge rapid.
Mai mult de 70% din suprafața Pământului este acoperită de apă. Cu toate acestea, tehnologiile existente nu sunt capabile să utilizeze energia cinetică conținută de maree și valuri pentru a o converti în energie electrică în mod eficient.
Deși s-au făcut eforturi semnificative pentru a utiliza energia din valurile oceanului, râuri, maree și chiar picăturile de ploaie, eficiența conversiei energiei (a apei în energie electrică) a rămas destul de scăzută.
Pentru a crește această eficiență de conversie, o echipă condusă de cercetători de la City University of Hong Kong a construit un generator de electricitate pe bază de picături (DEG) care oferă o densitate instantanee de putere, împreună cu o eficiență incredibilă de conversie a energiei.
Spre deosebire de generatoarele de energie cu picături existente, care se bazează pe efectul triboelectric, noul DEG prezintă o structură asemănătoare unui tranzistor cu efect de câmp pentru a oferi o densitate de putere superioară (până la 50,1 W/m2) și o eficiență de conversie a energiei substanțial mai mare.
Cum funcționează?
Invenția se bazează pe doi parametri principali –
- Picături continue care se lovesc de un fluoropolimer sintetic numit politetrafluoroetilenă (PTFE).
- Un nou dispozitiv care cuprinde un electrod din oxid de indiu și staniu (ITO), un electrod din aluminiu și o peliculă de PTFE depusă pe acesta.
Referință: Nature | DOI:10.1038/s41586-020-1985-6 | CityU
PTFE este un fluoropolimer sintetic de tetrafluoroetilenă cu o sarcină electrică cvasipermanentă. Atunci când picăturile de apă lovesc continuu PTFE-ul, sarcinile de pe suprafața sa se acumulează și, în cele din urmă, ajung la un punct de saturație. Acest lucru oferă o nouă modalitate de a acumula și stoca sarcini de suprafață de mare densitate.
Al doilea parametru cheie al invenției este un set unic de structuri similare unui tranzistor cu efect de câmp. Acesta conține doi electrozi și o peliculă de PTFE depusă pe ei. Atunci când picăturile de apă lovesc și se răspândesc pe suprafața PTFE, acestea “fac o punte” între electrodul ITO și cel de aluminiu, transformând dispozitivul într-un circuit electric în buclă închisă.
O diagramă a DEG (stânga) și imaginea optică care arată patru dispozitive DEG paralele fabricate pe un substrat de sticlă (dreapta) | Sursa: CityU
Atunci când picăturile de apă conectează doi electrozi, sarcinile stocate pe suprafața PTFE-ului pot fi eliberate pentru a genera curent electric. Deoarece dispozitivul eliberează complet sarcinile de înaltă densitate, atât eficiența conversiei de energie, cât și densitatea instantanee de putere sunt mult mai mari.
Putere de ieșire
Descoperirile arată că o picătură de apă de 0,1 mililitru eliberată de la o înălțime de 5,9 inci poate produce o tensiune de 140V, suficientă pentru a aprinde 100 de becuri LED mici.
Densitatea de putere instantanee impresionantă provine din faptul că apa cade pe suprafața PTFE-ului. Potrivit cercetătorilor, această energie cinetică gratuită și regenerabilă a apei ar trebui să fie mai bine utilizată.
Citește și: Oamenii de știință au descoperit un lemn natural care poate transforma apa sărată în apă potabilă
Ceea ce este mai impresionant este că atât apa de mare, cât și apa de ploaie pot fi folosite pentru producerea de electricitate. Scăderea umidității relative nu afectează eficiența generării de energie. Echipa de cercetători consideră că dispozitivul lor va contribui la reducerea problemei globale a lipsei de energie regenerabilă.
