天降能源成現(xiàn)實

從雨滴中“擠”出電能

【THE DIARY24網 12月29日報道】

大多數(shù)人將下雨與淋濕、不得不打傘以及處理積水的場景聯(lián)系在一起。然而，馬薩諸塞大學阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的一個工程師團隊研發(fā)出一種新方法，能夠收集單個雨滴產生的能量來發(fā)電。因此，這項創(chuàng)新成果也催生了一種名為“水伏發(fā)電”的新型可再生能源。

開發(fā)自然能源的全新途徑

馬薩諸塞大學工程師們的這項創(chuàng)新，基于此前的“空氣發(fā)電”研究，該研究能從空氣中的濕氣獲取電力。但與此前利用空氣中濕氣發(fā)電的技術不同，這項最新發(fā)明借助雨滴的動能來生產電力。盡管水伏發(fā)電目前仍是一項相對新穎的技術，但對于那些因光照不足或風力匱乏、無法發(fā)展傳統(tǒng)太陽能或風能的地區(qū)而言，它為可再生能源的開發(fā)提供了一種切實可行的方案。

這種新型薄膜的工作原理很像一塊微型海綿。其表面分布著大量納米孔，雖然這些孔隙的尺寸小到無法容納整滴雨滴，卻足以在雨滴經過時形成電荷失衡。同兩種材料相互摩擦會產生靜電一樣，水流經過納米孔的過程會引發(fā)電子流動，進而產生電力。

水伏發(fā)電技術的重要意義

雨水在全球分布廣泛，尤其是在那些光照稀缺的地區(qū)。水伏發(fā)電技術無需修建水壩等大型基礎設施，就能提供一種全新的可再生能源選擇。試想一下，如果房屋屋頂都覆蓋上水伏發(fā)電薄膜，就能在雨天悄無聲息地發(fā)電——這無疑將成為可持續(xù)與韌性發(fā)展方面的一項重大突破。

水浮發(fā)電技術不僅局限于暴雨

馬薩諸塞大學的工程師們強調，水伏發(fā)電技術的應用場景并不局限于暴雨天氣。即使在陰天，僅憑空氣濕度就能讓這種薄膜發(fā)電。因此，相比依賴直射陽光才能工作的太陽能電池板，水伏發(fā)電技術具有獨特的優(yōu)勢。

海綿薄膜背后的科學原理

這項技術突破的核心，是一項名為“電荷梯度”的科學原理。當水分子穿過納米孔時，薄膜的上下表面之間會形成電勢差。這種電勢差會驅動電子定向移動，從而形成可檢測的電流。薄膜表面的納米孔數(shù)量直接決定發(fā)電量的多少，因此該薄膜在設計上最大限度地擴大了表面積，以實現(xiàn)能源的高效收集。

據馬薩諸塞大學的工程師介紹，制造水伏發(fā)電薄膜的材料可以選用纖維素等廉價物質，這既能實現(xiàn)低成本大規(guī)模生產，又兼具環(huán)境友好性。水伏發(fā)電薄膜的初代原型已成功為小型傳感器供電，在未來，經過技術迭代的薄膜還有望用于電池充電，或是為微電網供電。

從實驗室創(chuàng)新到實際應用

這一發(fā)現(xiàn)的應用前景十分廣闊。全球范圍內電力供應不穩(wěn)定的地區(qū)都可以在民用住宅和商業(yè)建筑的屋頂安裝水伏發(fā)電薄膜來獲取電力。此外，在基礎設施因災害損毀的地區(qū)，便攜式水伏發(fā)電薄膜能夠迅速為社區(qū)恢復供電。城市還可以將這種薄膜整合到雨水收集系統(tǒng)中，讓每一場降雨都能成為發(fā)電的契機。

這項發(fā)現(xiàn)也代表著社會對可再生能源的認知發(fā)生了范式轉變。如今，人類不再需要單純依賴太陽能或風能，而是具備了從雨水的天然能量中獲取電力的能力。水伏發(fā)電技術能夠為現(xiàn)有的可再生能源組合提供新的視角，且相比其他易受天氣變化影響的可再生能源，它具有更強的穩(wěn)定性。

編譯：朱芳菲（新能源部）

審校：徐肖飛（新能源部）

編輯：朱芳菲（新能源部）