Ученые уже много лет пытаются извлечь энергию из движения и воздействия капель воды и других источников механической энергии. Исследователи из Университета Твенте и Южно-Китайского педагогического университета заявили, что им удалось спроектировать и протестировать генератор электричества, использующий движение капель воды и другую механическую энергию.
Новый подход к генерации электричества не ограничивается только механической мощностью капель, говорят исследователи.
«Наш метод также может быть рассмотрен для других применений, где механическая энергия должна быть преобразована в электрическую энергию, например в носимых устройствах, от приливных волн или для зондирования», — говорит Нильс Мендель, один из авторов нового исследования.
Исследователи предлагают так называемый генератор электричества на основе захвата заряда (CTEG) для пассивного сбора энергии из капель воды с высокой эффективностью.
«Используя CTEG, мы могли бы преодолеть важные узкие места обычных наногенераторов, а именно низкую плотность мощности, низкую и нестабильную плотность поверхностных зарядов наряду с плохой долгосрочной надежностью», — говорят авторы.
Новый подход ученых заключается в инжекции зарядов в изолирующий слой электрогенератора с использованием инновационного метода зарядки, основанного на электроосаждении. Это процесс изменения способности жидкостей оставаться в контакте с твердой поверхностью в электрическом поле. При ударе капли образуется электрический ток.
После проверки их подхода исследователям удалось преобразовать почти 12 процентов – 11,8 процента — механической энергии капли в электрическую энергию. По мнению ученых, это значительное повышение эффективности выработки электрической энергии из аналогично сконструированных устройств.
Исследователи также продемонстрировали, что эффективность сбора энергии не ухудшается после 100 дней, требуя только одного 15-минутного цикла зарядки перед длительным применением.
Новый метод получения электрической энергии из механической энергии не ограничивается технологией на основе капель, как говорит команда, поэтому его потенциальные приложения могут выйти за рамки использования дождя, например, для производства электроэнергии, возможно, в какой-то момент в будущем.
Этот новый подход является самой последней попыткой ученых использовать все имеющиеся в изобилии чистые ресурсы для производства энергии с учетом глобального перехода от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии в целях сдерживания наихудших последствий изменения климата.
Исследования капельной технологии производства электрической энергии продвинулись в начале этого года, когда группе американских и гонконгских исследователей удалось получить 140 вольт энергии из одной дождевой капли. Этого достаточно, чтобы зажечь 100 светодиодных ламп на короткое время. Команда из Городского университета в Гонконге и Университета Небраски-Линкольна потратила два года, работая над плотностью энергии того, что они назвали генератором капельного электричества, или DEG.
Они использовали конструкцию полевых транзисторов-трехполюсников, которые используют электрическое поле для управления потоком электрического тока через них. Благодаря такой конструкции плотность энергии DEG выросла до 50 Вт на квадратный метр, что в тысячи раз превышает плотность энергии сопоставимых устройств.
Чтобы заставить дождь или другие источники механической энергии действительно работать в масштабе, потребуется много дополнительных исследований и лет, чтобы проверить и проанализировать, может ли это быть коммерчески жизнеспособным источником дешевой, обильной возобновляемой энергии. Глобальный толчок со стороны инвесторов и правительств к более заметной роли источников энергии с нулевым выбросом углерода может еще больше стимулировать исследователей с помощью грантов к разработке достаточно простых устройств, которые могли бы собирать энергию из источников механической энергии, включая капли дождя.
