一個(gè)利用雨水發(fā)電的系統(tǒng)將來(lái)可能會(huì)被安裝在屋頂上。圖片來(lái)源：kulkann/iStockphoto/Getty Images


“每天都有雨水降落在地球上。但由于缺乏收集雨水能量的系統(tǒng)，所有的能量都被浪費(fèi)了。”論文通訊作者、新加坡國(guó)立大學(xué)的Siowling Soh說。

通常，當(dāng)人們利用水發(fā)電時(shí)，會(huì)利用大量水的流動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)河流、海洋甚至飲用水管道中的渦輪機(jī)。但水流過導(dǎo)電表面時(shí)，可以通過電荷分離的過程產(chǎn)生自身的電荷。這是因?yàn)樗�分子中帶正電的質(zhì)子留在液體中，而帶負(fù)電的電子則被轉(zhuǎn)移到表面，如同用氣球在頭發(fā)上摩擦?xí)�產(chǎn)生靜電一樣。

這種現(xiàn)象通常是一種低效的發(fā)電方式，因?yàn)殡姾芍辉谒�接觸的表面產(chǎn)生。而且如果使用微米或納米級(jí)管道來(lái)增加表面積，最終會(huì)發(fā)現(xiàn)將水引入這些管道中所消耗的能量比獲取的電能還要多。

現(xiàn)在，Soh和同事創(chuàng)造了一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，依靠重力使水沿著一根高32厘米、內(nèi)徑2毫米的垂直管道流下。

水通過一根水平的不銹鋼針從容器底部流出，落入下方的管道。當(dāng)水滴在管道頂部碰撞時(shí)，會(huì)裹挾一些空氣，在它們下落過程中產(chǎn)生所謂的塞流。這種不連貫的流動(dòng)似乎有助于水分子的電荷在沿管道向下流動(dòng)時(shí)分離。管道頂部和底部的電線隨后會(huì)收集產(chǎn)生的電能。

在一次實(shí)驗(yàn)中，一根管道產(chǎn)生了440微瓦的電能。當(dāng)研究人員同時(shí)使用4根管道時(shí)，就可以為12盞LED燈供電20秒。

“我們第一次能夠通過固液界面的電荷分離，從雨水或者其他自然資源，如河流或瀑布中獲取能量。”Soh說。

產(chǎn)生的電量可能看起來(lái)并不特別可觀，但Soh表示，該裝置將通過管道落下的水的10%以上的能量轉(zhuǎn)化為電能，比水以連續(xù)流過管道的方式所產(chǎn)生的電能高出5個(gè)數(shù)量級(jí)。

Soh表示：“雨水從幾千米高的天空落到地面，所以在三維空間中有很多空間可以用來(lái)收集雨水能量。”這表明該系統(tǒng)可以用于雨水發(fā)電，也許能安裝在屋頂上。

美國(guó)波士頓低影響水電研究所的Shannon Ames說：“如果它能以一種對(duì)每家每戶都有用的方式開發(fā)出來(lái)，那將是非常實(shí)用的。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acscentsci.4c02110