双碳研究 | 天降能源成现实 从雨滴中“挤”出电能

天降能源成现实

从雨滴中“挤”出电能

【THE DIARY24网 12月29日报道】

大多数人将下雨与淋湿、不得不打伞以及处理积水的场景联系在一起。然而，马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的一个工程师团队研发出一种新方法，能够收集单个雨滴产生的能量来发电。因此，这项创新成果也催生了一种名为“水伏发电”的新型可再生能源。

开发自然能源的全新途径

马萨诸塞大学工程师们的这项创新，基于此前的“空气发电”研究，该研究能从空气中的湿气获取电力。但与此前利用空气中湿气发电的技术不同，这项最新发明借助雨滴的动能来生产电力。尽管水伏发电目前仍是一项相对新颖的技术，但对于那些因光照不足或风力匮乏、无法发展传统太阳能或风能的地区而言，它为可再生能源的开发提供了一种切实可行的方案。

这种新型薄膜的工作原理很像一块微型海绵。其表面分布着大量纳米孔，虽然这些孔隙的尺寸小到无法容纳整滴雨滴，却足以在雨滴经过时形成电荷失衡。同两种材料相互摩擦会产生静电一样，水流经过纳米孔的过程会引发电子流动，进而产生电力。

水伏发电技术的重要意义

雨水在全球分布广泛，尤其是在那些光照稀缺的地区。水伏发电技术无需修建水坝等大型基础设施，就能提供一种全新的可再生能源选择。试想一下，如果房屋屋顶都覆盖上水伏发电薄膜，就能在雨天悄无声息地发电——这无疑将成为可持续与韧性发展方面的一项重大突破。

水浮发电技术不仅局限于暴雨

马萨诸塞大学的工程师们强调，水伏发电技术的应用场景并不局限于暴雨天气。即使在阴天，仅凭空气湿度就能让这种薄膜发电。因此，相比依赖直射阳光才能工作的太阳能电池板，水伏发电技术具有独特的优势。

海绵薄膜背后的科学原理

这项技术突破的核心，是一项名为“电荷梯度”的科学原理。当水分子穿过纳米孔时，薄膜的上下表面之间会形成电势差。这种电势差会驱动电子定向移动，从而形成可检测的电流。薄膜表面的纳米孔数量直接决定发电量的多少，因此该薄膜在设计上最大限度地扩大了表面积，以实现能源的高效收集。

据马萨诸塞大学的工程师介绍，制造水伏发电薄膜的材料可以选用纤维素等廉价物质，这既能实现低成本大规模生产，又兼具环境友好性。水伏发电薄膜的初代原型已成功为小型传感器供电，在未来，经过技术迭代的薄膜还有望用于电池充电，或是为微电网供电。

从实验室创新到实际应用

这一发现的应用前景十分广阔。全球范围内电力供应不稳定的地区都可以在民用住宅和商业建筑的屋顶安装水伏发电薄膜来获取电力。此外，在基础设施因灾害损毁的地区，便携式水伏发电薄膜能够迅速为社区恢复供电。城市还可以将这种薄膜整合到雨水收集系统中，让每一场降雨都能成为发电的契机。

这项发现也代表着社会对可再生能源的认知发生了范式转变。如今，人类不再需要单纯依赖太阳能或风能，而是具备了从雨水的天然能量中获取电力的能力。水伏发电技术能够为现有的可再生能源组合提供新的视角，且相比其他易受天气变化影响的可再生能源，它具有更强的稳定性。

编译：朱芳菲（新能源部）

审校：徐肖飞（新能源部）

编辑：朱芳菲（新能源部）