蒸发的水能发电？瑞士团队把湿气变成1.5瓦电池

「水蒸发时，能量去哪了？」——这个问题困扰了能源研究者很多年。现在有人给出了答案：把它变成电。

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）纳米能源技术实验室的团队，最近拿出了一个让人困惑又好奇的装置。它不需要充电，不依赖电网，只要有点水、有点热、有点阳光，就能持续输出电力。更奇怪的是，它偏偏不喜欢纯净水——自来水、海水反而更好使。

从实验室玩具到实用发电机

这个装置属于「水伏技术」（hydrovoltaic），核心原理是捕捉水分子蒸发时带动的离子运动来发电。听起来抽象，但团队2024年的早期工作已经验证了可行性。

当时的实验平台是一层六边形排列的硅纳米柱，柱间有微小通道供水蒸发。研究发现，当含离子水流过带电纳米结构时，离子会重新分布，在表面产生可测量的电效应。但那个版本更像研究工具，离实际供电还差得远。

2026年发表在《自然·通讯》的新设计彻底改进了架构。团队把概念变成了三层结构的功能发电机，同时利用蒸发、热量和阳光三种能量来源。按他们的说法，新装置实现了稳定连续的电力输出，性能达到或超过同类水伏系统水平。

三层分工：水、热、光各干各的

新装置的核心是三个功能区的精密配合。

最底层是亲水纳米结构层，负责持续抽水。这一层布满纳米级通道，利用毛细作用把水体自动吸上来，形成稳定的水膜。关键是它只认含离子的水——蒸馏水反而失效，因为缺少可移动的离子载体。

中间层是热电转换区，负责把热量变成电压。水蒸发时会吸热，造成装置上下表面的温差。这一层材料利用塞贝克效应（Seebeck effect，温差直接产生电压的现象），把温度梯度转化为电势差。

最上层是光热增强层，负责放大能量输入。这层材料吸收阳光转化为热，加速底层水的蒸发速率。同时它本身也可能参与离子选择过程，优化电荷分离效率。

三层协同的结果是：蒸发驱动离子流动产生基础电流，热电效应叠加额外电压，光热输入则提升整体功率密度。团队特别强调「连续稳定输出」——这不是脉冲式的能量捕获，而是可以持续数小时甚至数天的直流供电。

为什么偏偏要「脏」水？

这个设计有个反直觉的设定：越纯净的水越不好用。

原因在于发电机制依赖离子迁移。自来水里的钙镁离子、海水中的钠氯离子，都是电荷搬运工。纯净水几乎不含离子，流过纳米结构时缺乏可分离的电荷载体，电效应微乎其微。

这个特性反而成了优势。意味着装置可以直接用环境水源——雨水、河水、甚至潮湿空气凝结的水珠——无需复杂预处理。对于偏远地区或野外场景，这省去了净化设备的成本和能耗。

团队测试了多种水源，包括模拟海水和高离子浓度的工业废水。结果显示离子浓度在一定范围内与输出功率正相关，但过高浓度会堵塞纳米通道，需要结构优化来平衡。

性能到底什么水平？

论文给出的关键数据需要仔细解读。

功率密度方面，新装置在标准测试条件下达到约1.5瓦每平方米。作为对比，商用硅太阳能电池在同等光照下约150-200瓦每平方米——水伏装置低了两个数量级。但团队指出，水伏的优势在于全天候工作：夜间、阴天、甚至室内环境，只要水在蒸发就能发电。

能量转换效率的计算方式也很特殊。水伏装置把蒸发热能转化为电能，而蒸发热本身来自环境热量或光热输入。按输入的热能计算，效率约3-5%；若按水蒸发消耗的潜热计算，则效率可达15-20%。这种双重计算方式在学术讨论中仍有争议。

更实用的指标是「持续输出稳定性」。测试显示，在25°C环境、60%湿度、500瓦每平方米光照条件下，装置可维持0.8伏开路电压和微安级短路电流超过72小时，衰减小于10%。对于传感器等低功耗设备，这已足够维持长期运行。

谁需要这种「弱电」？

1.5瓦每平方米的功率密度，注定它无法替代电网或太阳能板。但团队瞄准的是另一个市场：无处不在的微型传感器网络。

物联网设备正在爆发。据估算，到2030年全球将有超过500亿台联网传感器，监测环境、农业、健康、基础设施。这些设备大多散布在野外、建筑内部或人体表面，更换电池的成本远超设备本身。水伏发电的「弱但持久」特性，恰好匹配这类场景。

具体应用方向包括：

农业监测：埋在土壤中的湿度、温度传感器，利用土壤水分和昼夜温差发电，理论上可终身免维护。

可穿戴设备：贴