一组研究人员发现了一种巧妙的方法，可以将落下的水滴（例如雨水）转化为可用的电能。通过将液滴引导至狭窄的垂直管道中以产生“推流”，他们能够分离电荷并以惊人的效率收集能量。这种简单的装置不仅克服了传统电荷分离方法的低效性，还产生了足以点亮12个LED的电力。
该创新系统具有在屋顶和城市环境中应用的潜在潜力，可以提供一种可持续且低成本的水力发电替代方案。
当两种材料接触时，它们表面的电荷会发生转移——一个常见的例子就是气球在皮肤上摩擦时产生的静电。同样，当水流过某些表面时，它会带上或失去电荷。如今，研究人员今天（4月16日）在ACS Central Science上发表报告，利用这种效应，利用流经细管的雨滴发电。该系统产生的电能足以点亮12个LED灯。
“水通过垂直管道落下，通过一种特定的水流模式——推流，可以产生大量的电能，”该研究的通讯作者 Siowling Soh 说道。“这种推流模式可以收集雨能，用于生产清洁可再生电能。”
水以短促的爆发或塞子状流过一根细的聚合物涂层管，正如这些插图和图片所示，可以产生电能。图片来源：改编自 ACS Central Science 2025，DOI：10.1021/acscentsci.4c02110
传统的水力发电是通过移动大量的水来驱动涡轮机。但这只适用于水量充足的地方，比如河流。对于流速较小、速度较慢的水流，研究人员探索了一种替代方法：电荷分离。当水流过一个带有导电表面的通道时，这个过程会产生电能。然而，这种方法效率极低，因为电荷只会在水接触的表面积聚。
为了提高效率，科学家们尝试使用微米级和纳米级通道来增加表面积。但这些通道太小，水无法轻易流过——而且泵送水流过所消耗的能量比系统产生的能量还要多。为了解决这个问题，Soh、Chi Kit Ao 和他们的团队寻找一种利用更大的通道发电的方法，让雨水能够自然流过。
该团队设计了一个简单的装置，水从塔底流出，通过一根金属针，将雨滴大小的水滴喷射到一根12英寸高（32厘米）、2毫米宽的垂直聚合物管的开口中。水滴在管顶迎面相撞，形成了一种塞流：短水柱中夹杂着气泡。当水流经管内时，电荷分离。然后，水被收集到管下方的一个杯子中。放置在管顶和杯子中的电线收集电能。
推流系统将流经管道的水流能量的10%以上转化为电能。与连续流动的水流相比，推流产生的电能高出5个数量级。由于测试的液滴速度远低于雨水，研究人员认为该系统可以用来从下落的雨滴中获取电能。
在另一项实验中，研究人员观察到，同时或依次将水流过两根管道，产生的能量可翻倍。利用这一信息，他们将水流过四根管道，该装置为12个LED灯连续供电20秒。研究人员表示，推流式能源的安装和维护可能比水力发电厂更简单，而且对于像屋顶这样的城市空间来说也很方便。
编译自/ScitechDaily