雙碳研究 | 天降能源成現實?從雨滴中“擠”出電能

天降能源成現實

從雨滴中“擠”出電能

【THE DIARY24網 12月29日報道】

大多數人將下雨與淋濕、不得不打傘以及處理積水的場景聯系在一起。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出一種新方法，能夠收集單個雨滴產生的能量來發電。因此，這項創新成果也催生了一種名為“水伏發電”的新型可再生能源。

開發自然能源的全新途徑

馬薩諸塞大學工程師們的這項創新，基于此前的“空氣發電”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電的技術不同，這項最新發明借助雨滴的動能來生產電力。盡管水伏發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、無法發展傳統太陽能或風能的地區而言，它為可再生能源的開發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電子流動，進而產生電力。

水伏發電技術的重要意義

雨水在全球分布廣泛，尤其是在那些光照稀缺的地區。水伏發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電薄膜，就能在雨天悄無聲息地發電——這無疑將成為可持續與韌性發展方面的一項重大突破。

水浮發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，水伏發電技術具有獨特的優勢。

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量直接決定發電量的多少，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，制造水伏發電薄膜的材料可以選用纖維素等廉價物質，這既能實現低成本大規模生產，又兼具環境友好性。水伏發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。

從實驗室創新到實際應用

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

這項發現也代表著社會對可再生能源的認知發生了范式轉變。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。水伏發電技術能夠為現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）