Дайте больше ливней: создан генератор, собирающий энергию капель дождя

Новый электрогенератор показал впечатляющий результат.

Новый электрогенератор показал впечатляющий результат.
Иллюстрация University of Twente.

Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.

Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).

Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.

Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).

Новый электрогенератор показал впечатляющий результат.
Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.
Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.

Бессовестно дождливое лето капает не только на землю, но и на мозг. Изобретателям. Они решили, что пора бы каплям не стучать без толку по стеклам наших домов и автомобилей, а снабжать их тем самым энергией, и разработали устройство, собирающее энергию падающих капель дождя.

Новое устройство, преобразующее механическую энергию капель в электрическую энергию, было создано учёными из Нидерландов и Китая. Статья о разработке вышла в журнале Advanced Materials.

Поясним, что ранее учёными уже предпринимались попытки создать устройство, собирающее энергию падающей с небес воды. Потенциал этого источника энергии более чем очевиден. Но все прежние разработки либо недостаточно стабильно работали, либо требовали для своей работы слишком много энергии, и потому коэффициент их полезного действия оказывался слишком низким.

Принцип работы нового устройства базируется на явлении электросмачивания.

Напомним, что летящая в воздухе капля стремится принять округлую форму. Сделать это её заставляют силы поверхностного натяжения. Но, если капля упадёт на заряженную поверхность, то она буквально распластается в блин, так как молекулы воды будут стремиться смочить собой поверхность из-за воздействия на них электрического поля заряженной поверхности.

Таким образом капля дождя, попадая на новый генератор, удерживается на нем за счёт электросмачивания. В это же время внутри генератора происходит перераспределение зарядов.

Таким образом каждое падение маленькой капли приводит к тому, что в генераторе начинает протекать слабый ток, который можно "собрать". Объём собираемого таким образом тока определяется количеством свободных зарядов, которые присутствуют в материале генератора. Поэтому учёные тщательно продумали, какие материалы использовать для создания генератора.

Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.

Конструкция в итоге получилась не просто надёжной, но ещё и чрезвычайно эффективной. Инженерам удалось собрать 11,8% энергии упавших капель.

Для сравнения: фотосинтезирующие растения аккумулируют только 2% энергии Солнца, а рекордсмены природы зелёные водоросли – 12%. Так что этот электрогенератор близок к природному рекорду.

Однако в отличие от "скоропортящихся" живых систем, требующих постоянной "починки", этот генератор может работать 100 дней без снижения эффективности (это показали тесты). При этом перед началом длительной работы ему требуется всего 15 минут подзарядки\подготовки.

Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.

Результаты действительно впечатляющие. Однако соавтор исследования Нильс Мендель (Niels Mendel) считает, что нужно провести больше исследований, чтобы создать по-настоящему эффективный генератор энергии из капель дождя. Для этого нужно решить проблему работы подобных устройств при 100-процентной влажности. Во-вторых, необходимо решить проблему снижения эффективности подобных устройств в присутствии солей (всё-таки дождевая вода не является дистиллированной).

Конечно, всех потребностей человечества энергия дождя в любом случае не покроет. Но, судя по всему, будущее за различными источниками возобновляемой энергии, каждый из которых будет брать на себя часть работы по обеспечению человечества "зелёной" энергией.

Инженеры учатся приспосабливать под это самые разные системы. Так, они уже смогли заставить вырабатывать электричество бактерии, приручили энергию холода и даже превратили в электрогенераторы оконные стёкла.