Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Фото: Капля воды размером 100 микролитров способна генерировать напряжение свыше 140 В, питая 100 маленьких светодиодных лампочек. City University of Hong Kong/Nature
Фото: Капля воды размером 100 микролитров способна генерировать напряжение свыше 140 В, питая 100 маленьких светодиодных лампочек. City University of Hong Kong/Nature

Создан эффективный электрогенератор на основе капель

Альтернативная энергия

Опубликовано: 08.02.2020

Обновлено: 13.09.2020

 1462

Исследование показывает, что капля в 100 микролитров (1 микролитр = 1 миллионная доля литра) воды, падающая с высоты 15 см, может генерировать напряжение свыше 140 В, питая 100 маленьких светодиодных лампочек

Технология эффективного производства электроэнергии из капель дождя прогрессирует. Исследовательская группа во главе с учеными из Городского университета Гонконга (CityU) разработала электрогенератор на капельной основе с увеличенной в тысячи раз мгновенной плотностью мощности по сравнению с аналогами. Это поможет продвинуть научные исследования и решить энергетический кризис.

Результаты опубликованы в выпуске научного журнала Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-020-1985-6.

Эффективность преобразования электрической энергии значительно улучшена

В гидроэнергетике нет ничего нового. Около 70% земной поверхности покрыто водой. Однако низкочастотная кинетическая энергия, содержащаяся в волнах, приливах и даже каплях дождя, не могла быть эффективно преобразована в электрическую энергию из-за неразвитых технологий.

Например, обычный капельный генератор энергии на основе трибоэлектрического эффекта может генерировать электричество, индуцированное контактной электрификацией и электростатической индукцией, когда капля ударяется о поверхность. Однако количество зарядов, генерируемых на его поверхности, ограничено межфазным эффектом, и в результате эффективность преобразования энергии остается довольно низкой.

Чтобы повысить эффективность преобразования, исследовательская группа потратила два года на разработку своего генератора на капельной основе. Его мгновенная плотность мощности может достигать 50,1 Вт/м², это в тысячи раз выше, чем у других аналогичных устройств.

Отмечено, что появлению изобретения способствовали два ключевых фактора. Во-первых, непрерывные капли, падающие на электретный материал с квазипостоянным электрическим зарядом, обеспечивают новый путь для накопления и хранения поверхностных зарядов высокой плотности.

Было обнаружено, что, когда капли воды непрерывно ударяются о поверхность этого материала, генерируемые поверхностные заряды накапливаются и постепенно достигают насыщения. Это новое открытие помогло преодолеть узкое место низкой плотности заряда, с которым исследователи сталкивались в предыдущих работах.

Уникальная полевая транзисторная структура

Вторая ключевая особенность связана с уникальным набором конструкций, аналогичным полевому транзистору, за который американский физик Уильям Брэдфорд Шокли получил Нобелевскую премию по физике в 1956 году, и который по сей день остается основным строительным блоком современных электронных устройств.

Устройство состоит из алюминиевого электрода и политетрафторэтиленовой пленки (ПТФЭ) на подложке из оксида индия и олова (ITO). Электрод ПТФЭ/ITO отвечает за генерацию, хранение и индукцию заряда. Когда падающая капля воды попадает на поверхность ПТФЭ/ITO и распространяется по ней, она естественным образом замыкает алюминиевый электрод и ПТФЭ/ITO, переводя исходную систему в замкнутую электрическую цепь.

Это превращает обычный межфазный эффект в объемный и, таким образом, увеличивает мгновенную плотность мощности на несколько порядков по сравнению с аналогичными устройствами.

Благодаря такой конструкции на ПТФЭ может накапливаться высокая плотность поверхностных зарядов в результате непрерывного удара капель. Между тем, когда растекающаяся вода соединяет два электрода, все накопленные заряды на ПТФЭ получают способность полностью высвобождаться для генерации электрического тока. В результате, как мгновенная плотность мощности, так и эффективность преобразования энергии становится намного выше.

«Исследование показывает, что капля в 100 микролитров (1 микролитр = 1 миллионная доля литра) воды, падающая с высоты 15 см, может генерировать напряжение свыше 140 В, питая 100 маленьких светодиодных лампочек».

Увеличение мгновенной плотности мощности происходит не за счет подачи дополнительной энергии, а за счет преобразования кинетической энергии самой воды. «Кинетическая энергия, связанная с падающей водой, обусловлена гравитацией и может рассматриваться как свободная и возобновляемая. И её следует использовать более эффективно».

Исследование также показывает, что снижение относительной влажности не влияет на эффективность выработки электроэнергии. Как и то, какая вода будет использоваться, дождевая или морская.

Исследователи выражают надежду, что результаты этого исследования помогут решить глобальную проблему нехватки возобновляемой энергии. «Выработка энергии из капель дождя вместо нефти и ядерной энергии может способствовать устойчивому развитию мира», - добавляют они.

Они полагают, что в долгосрочной перспективе новая конструкция может быть применена и установлена на множестве различных поверхностей, где жидкость контактирует с твердым веществом. Это может быть поверхность корпуса парома, береговой линии, поверхности зонтов или даже внутренние полости бутылок с водой.

 

Источник: EurekAlert

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото: Жидкая мембрана, собирающая электростатические заряды с твердых предметов. Акриловый блок, проходящий через жидкую мембрану

Жидкая мембрана для выработки электроэнергии от капли

Обновлено: 29.05.2020
 1463
Низкопотенциальная энергия для использования в отоплении

Низкопотенциальная энергия для использования в отоплении

Обновлено: 07.03.2019
 1465
«Зеленое» изобретение, электрокаталитический реактор, построенный в Университете Райса, перерабатывает углекислый газ и производит растворы чистого жидкого топлива. (Фото: Джефф Фитлоу / Райс), www.futurity.org

Реактор для производства топлива из углекислого газа

Обновлено: 20.10.2019
 918

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Flames

    Недавние публикации

    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  189
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  147
    Теплый и холодный тепловые потоки направлены на человека. VELUX

    Тепловой комфорт в зданиях: что из себя представляет и как достичь

    Обновлено: 26.03.2022  169

    Популярные категории

    • Системы отопления и охлаждения55
    • Оборудование и материалы87
    • Энергоэффективность и энергосбережение44
    • Природные ресурсы, экология и строительство90
    • Вентиляция и кондиционирование28

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2022 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.