一滴水点亮百盏灯

最近，一个国内外联合研究小组成功地开发了一种新型水滴发生器。其瞬时功率密度比目前同类水滴发生器提高了近1000倍，功率转换效率大大提高。研究结果有助于促进水电研究和应对能源危机。相关论文发表在《自然》杂志上。

尽管地球表面约70%被水资源覆盖，但由于技术限制，人类还不能有效地将储存在波浪、潮汐甚至雨水中的低频动能转化为电能。例如，传统的摩擦起电液滴发生器在每个液滴撞击表面时基于摩擦和静电感应发电。然而，由于表面摩擦电荷数量的限制，这种方法的转换效率相对较低。

为了提高电能转换的效率，研究小组开发了一种液滴发生器，其瞬时功率密度，即每平方米可产生的最大能量达到50.1瓦，比没有晶体管设计的液滴发生器高几千倍，电能转换的效率大大提高。

研究人员说，当水滴不断冲击可以长时间充电的永久电材料聚四氟乙烯(PTFE)时，产生的静态表面电荷将累积到饱和水平，使材料能够储存高密度的表面电荷。

他们还开发了一套独特的结构。该结构由铝电极和表面有一层聚四氟乙烯膜的氧化铟锡电极组成。聚四氟乙烯和氧化铟锡电极负责电荷的产生、储存和感应。当水滴撞击聚四氟乙烯/氧化铟锡表面并在表面扩散时，由于水是导电的，铝电极和聚四氟乙烯/氧化铟锡电极之间的路径将被接通，并成为一个可以通电的完整电路。

连续的水滴使聚四氟乙烯积聚高密度的表面电荷。同时，每当水滴连接两个电极时，聚四氟乙烯上积聚的所有电荷都会释放出来，并产生电流。因此，瞬时功率密度和功率转换效率大大提高。

研究表明，从15厘米高的地方滴下100微升的水就能产生140伏以上的电压，发电机产生的电能足以点亮100盏小型发光二极管灯。

相关论文信息:http://dx.doi.org//10.1038/s41586-020-1985-6