Elektrika iz dežnih kapelj? S kapljico vode razsvetlili 100 LED žarnic!

Pridobivanje električne energije s pomočjo dežnih kapljic ni nova ideja, a do danes so bili vsi poizkusi neuspešni, saj nizkofrekvenčne kinetične energije zaradi omejitev tehnologije ni bilo moč pretvoriti v električno energijo. Zdaj pa je ekipi znanstvenikov iz univerze v Hongkongu CityU (City University of Hong Kong) uspel preboj. Izdelali so generator na osnovi vodnih kapljic, ki temelji na triboelektričnem učinku, ki ob stiku s površino izkorišča elektrostatično indukcijo in s pomočjo katerega lahko ob izboljšani medfazni učinkovitosti zgolj ena kapljica razsvetli 100 majhnih LED žarnic.

Generator DEG je osnovan na unipolarnem tranzistorju oz. tranzistorju na poljski pojav (FET), ki omogoča učinkovito pretvorbo energije, gostota moči pa je zaradi tega večja za več kot tisočkrat kot brez FET tranzistorja. ''Naši testi kažejo, da 100-mikrolitrska vodna kapljica (1 mikroliter je ena milijoninka litra, op. p.), ki pade z višine 15 centimetrov, ustvari električno napetost več kot 140V (s proizvedeno močjo 50,1 W/m2 je to tisočkrat več kot vse dozdajšnje naprave, op. p.), energija pa lahko razsvetli do 100 majhnih LED žarnic,'' pojasnjuje vodja raziskave profesor Vang Dzvankaj z oddelka za strojništvo na univerzi CityU, ki je z ekipo izum, ki je plod dveletnega dela, patentirala.

Poleg unipolarnega tranzistorja – leta 1956 so John Bardeen, William Shockley in Walter Brattain za odkrije tranzistorskega pojava, ki je osnovni gradnik modernih elektronskih naprav, dobili Nobelovo nagrado za fiziko – je ključna sestavina struktura, podobna tranzistorju na poljski pojav, ki je osnovana sloju aluminijastih elektrod in sloju indij-kositrovega oksida (ITO) s polimernim politetrafluoroetilenom (PFTE), ki ga v gospodinjstvu poznamo pod imenom teflon. Ko kapljice neprestano udarjajo na to površino, se površinski naboji kopičijo in sčasoma dosežejo nasičenost. PTFE/ITO elektroda je odgovorna za napajanje, shranjevanje in indukcijo. Ko kapljica zadene elektrodo in se razširi po površini PTFE/ITO, voda poveže obe elektrodi in shranjeni naboji v PTFE se sprostijo. Vzpostavi se električni krogotok v zaprti zanki in ustvari električno naboj. S to zasnovo se ob nenehnem kapljanju kapljic na PTFE lahko nabere visoka gostota površinskih nabojev. Zato sta tako gostota moči kot tudi učinkovitost pretvorbe energije precej višji.

Kinetična energija je posledica gravitacije, zato jo lahko štejemo kot prosto in obnovljivo, kar pomeni, da večja moč ne izhaja iz dodatne energije, ampak pretvorbe kinetične energije vode, razlaga član raziskovalne ekipe prof. dr. Vang Džonglin iz Inštituta za nanoenergijo in nanosisteme v Pekingu.

Zdaj je naloga znanstvenikov, da dobro delujoči sistem pretvorijo v uporaben izdelek. Profesor Vang je prepričan, da bodo lahko sistem nekoč implementirali na različne površine, na katerih bodo lahko maksimalno izkoristili nizkofrekvenčno kinetično energijo vode. DEG generator lahko poleg dežnih kapljic uporablja tudi slano vodo in deževnico.