图a是基于液滴的发电机(DEG)的示意图。图b是在玻璃基板上制造的四个平行的DEG器件的光学图像。 香港城市大学/自然 图

记者近日从香港城市大学获悉，由该校学者领导的研究团队，成功研发出一款新型液滴式发电机。该液滴发电机设有类似晶体管的结构，使其瞬时功率密度较现时类似的液滴发电机增加数千倍，并大大提升电能转化效率。这一成果发表于最新一期《自然》杂志上。

据了解，传统液滴发电机基于液滴撞击表面时的摩擦和静电感应而产生电力，但受表面摩擦电荷数量的限制，这种方式的电能转化效率较低。而上述研究团队的两大关键性发现克服了这一问题。

团队成员、香港城市大学王钻开教授介绍，这两大关键性发现，一是当水滴持续撞击可长期带有电荷的永电体材料聚四氟乙烯(PTFE)时，所产生的表面静电荷会不断累积至饱和水平。二是他们研发了一组类似于场效应晶体管的独特结构，该结构由一个铝电极和一个表面加上了一层PTFE薄膜的铟锡氧化物(ITO)电极所组成。当水滴撞击PTFE/ITO表面，并在表面上散开时，由于水是导电的，会“接通”铝电极和PTFE/ITO两个电极之间的通路，变成一个可通电的完整电路。基于这项设计，连续不断的水滴使PTFE上积存了高密度的表面静电荷。同时，每当水滴接通了两个电极，所有积存在PTFE上的电荷都全被释放，产生电流。因此，瞬时功率密度和电能转化效率都大幅提升。

“我们的研究显示，一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下，可产生超过140伏特电压，发电机产生的电能足以点亮100盏小LED灯。”王钻开表示，这项研究成果可以帮助全球开发更多水资源，未来可以推广和安装在不同液体与固体接触的表面，例如轮船船身、海岸边甚至雨伞表面，以充分利用低频的水动能。