La generación eficiente de electricidad a partir de las gotas de lluvia ha ido un paso más allá. Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU ha desarrollado recientemente un generador de electricidad a base de gotas DEG, con un transistor de efecto de campo Estructura tipo FET que permite una alta eficiencia de conversión de energía y una densidad de potencia instantánea aumentada miles de veces en comparación con sus contrapartes sin una estructura similar a FET. Esto ayudaría a avanzar en la investigación científica de la generación de energía del agua y abordar la crisis energética.
La investigación fue dirigida por el profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Ciudad de EE. UU., El profesor Zeng Xiao Cheng de la Universidad de Nebraska-Lincoln y el profesor Wang Zhong Lin, director fundador y científico jefe del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de la Academia China de Beijingof Sciences. Sus hallazgos fueron publicados en el último número de la revista Naturaleza .
La eficiencia de la conversión de energía eléctrica mejoró enormemente
La energía hidroeléctrica no es nada nuevo. Alrededor del 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua. Sin embargo, la energía cinética de baja frecuencia contenida en las olas, las mareas e incluso las gotas de lluvia no se convierten eficientemente en energía eléctrica debido a las limitaciones de la tecnología actual. Por ejemplo, un generador de energía de gotas convencional basado en el efecto triboeléctrico puede generar electricidad inducida por electrificación de contacto e inducción electrostática cuando una gota golpea una superficie. Sin embargo, la cantidad de cargas generadas en la superficie está limitada por el efecto interfacial, y como resultado,La eficiencia de conversión de energía es bastante baja.
Para mejorar la eficiencia de conversión, el equipo de investigación ha pasado dos años desarrollando el DEG. Su densidad de potencia instantánea puede alcanzar hasta 50.1 W / m 2 , miles de veces mayor que otros dispositivos similares sin el uso de un diseño tipo FET. Y la eficiencia de conversión de energía es notablemente mayor.
El profesor Wang de CityU señaló que hay dos factores cruciales para la invención. Primero, el equipo descubrió que las gotas continuas que inciden en el PTFE, un material electret con una carga eléctrica casi permanente, proporciona una nueva ruta para la acumulación yalmacenamiento de cargas superficiales de alta densidad. Descubrieron que cuando las gotas de agua golpean continuamente la superficie de PTFE, las cargas superficiales generadas se acumularán y gradualmente alcanzarán una saturación. Este nuevo descubrimiento ayudó a superar el cuello de botella de baja densidad de carga encontrado en trabajos anteriores.
Estructura única de transistor de efecto de campo
Otra característica clave de su diseño es un conjunto único de estructuras similares a un FET, que es una innovación ganadora del Premio Nobel de Física en 1956 y se ha convertido en el componente básico de los dispositivos electrónicos modernos en la actualidad. El dispositivo consiste en un electrodo de aluminioy un electrodo de óxido de indio y estaño ITO con una película de PTFE depositada sobre él. El electrodo de PTFE / ITO es responsable de la generación de carga, almacenamiento e inducción. Cuando una gota de agua cae y se extiende sobre la superficie de PTFE / ITO, naturalmente "une" el electrodo de aluminio y el electrodo PTFE / ITO, traduciendo el sistema original en un circuito eléctrico de circuito cerrado.
Con este diseño especial, se puede acumular una alta densidad de cargas superficiales en el PTFE a través del impacto continuo de las gotas. Mientras tanto, cuando el agua que se extiende conecta los dos electrodos, todas las cargas almacenadas en el PTFE se pueden liberar por completo para la generación decorriente eléctrica. Como resultado, tanto la densidad de potencia instantánea como la eficiencia de conversión de energía son mucho más altas.
"Nuestra investigación muestra que una gota de 100 microlitros 1 microlitro = un millonésimo litro de agua liberada desde una altura de 15 cm puede generar un voltaje de más de 140V. Y la energía generada puede encender 100 bombillas LED pequeñas", dijo el profesor Wang.
Agregó que el aumento de la densidad de potencia instantánea no es el resultado de energía adicional, sino de la conversión de la energía cinética del agua en sí misma ". La energía cinética implicada en la caída de agua se debe a la gravedad y puede considerarse como gratuita y renovable.Debería ser mejor utilizado "
Su investigación también muestra que la reducción de la humedad relativa no afecta la eficiencia de la generación de energía. Además, tanto el agua de lluvia como el agua de mar pueden usarse para generar electricidad.
Facilita la sostenibilidad del mundo
El profesor Wang esperaba que el resultado de esta investigación ayudaría a recolectar energía del agua para responder al problema global de la escasez de energía renovable. "Generar energía a partir de las gotas de lluvia en lugar de petróleo y energía nuclear puede facilitar el desarrollo sostenible del mundo".adicional.
Él creía que a largo plazo, el nuevo diseño podría aplicarse e instalarse en diferentes superficies, donde el líquido entra en contacto con el sólido, para aprovechar al máximo la energía cinética de baja frecuencia en el agua. Esto puede variar desde la superficie del casco del ferry, costa, hasta la superficie de los paraguas o incluso dentro de botellas de agua.
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Materiales proporcionado por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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