城大研新發電機 一滴水亮百盞燈

2020-02-07
来源:香港商报

  城大最新研發水滴發電機團隊部分成員,左起:鄭煥璽、徐王淮、王鑽開教授、張超博士和宋雨欣。

   【香港商報网訊】記者周偉立報道:香港城市大學昨日公布成功研發出新型水滴發電機,只要一滴水便可點亮100盞小LED燈,這項突破性成果有助推動水力發電的科學研究及應對能源危機。有關研究是由城大機械工程學系王鑽開教授、美國內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授,和中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士合作領導,剛於最新一期國際權威學術期刊《自然》發表,論文題為「瞬時高功率密度水滴式發電機」。

  較現時技術增千倍能量

  據介紹,現時傳統利用介面摩擦起電效應的液滴發電機,是基於液滴撞擊表面時的摩擦和靜電感應而產生電力,但受表面摩擦電荷數量的限制,這種方式的電能轉化效率較低。至於新型水滴發電機就設有類似晶體管的結構,使其瞬時功率密度、即每平方米可產生的最高能量達到50.1瓦,較現時類似的水滴發電機增加數以千倍,並大大提升電能轉化效率。

  王鑽開教授稱,研究顯示,一滴100微升(一微升等於百萬分之一升)的水滴由15厘米的高度滴下,可產生超過140伏特電壓,發電機產生的電能足以點亮100盞小LED燈。他指出,這項新研發有兩大關鍵,首先是團隊發現,當水滴持續撞擊可長期帶有電荷的永電體材料聚四氟乙烯(PTFE),所產生的表面靜電荷(surfacecharge)會不斷累積至飽和水平,令PTFE可儲存高密度的表面電荷。這一發現助他們克服了之前面對的電荷密度低之瓶頸問題。

  盼解可再生能源短缺問題

  另一關鍵是他們研發的一組獨特結構,類似現代電子器件所必須具備、1956年諾貝爾物理學獎的得獎技術--場效應晶體管(field-effecttransistor)。該結構由一個鋁電極和一個表面加上了一層PTFE薄膜的銦錫氧化物(ITO)電極所組成,PTFE和ITO電極負責電荷產生、儲存和感應。當水滴撞擊PTFE/ITO表面,並在表面上散開時,由於水是導電的,會「接通」鋁電極和PTFE/ITO兩個電極之間的通路,變成一個可通電的完整電路,連續不斷的水滴使PTFE上積存了密度很高的表面電荷;同時,每當水滴接通了兩個電極,所有積存在PTFE上的電荷都全被釋放,產生了電流。

  王教授稱,希望研究成果可以幫助全球開發更多水資源,以應對全球可再生能源短缺問題。長遠來說,新設計可推廣和安裝在不同液體與固體接觸的表面上,例如輪船船身、海岸邊以至雨傘表面、水樽內,這樣就能充分利用低頻的水動能。

[责任编辑:郭玉桔]
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