在2017年全國(guó)科技活動(dòng)周暨北京科技周主場(chǎng)，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所展示的“雨滴薄膜發(fā)電”技術(shù)，瞄準(zhǔn)了這一痛點(diǎn)，把降雨利用起來(lái)發(fā)電。
在現(xiàn)場(chǎng)，研究人員搭建了一個(gè)簡(jiǎn)易木屋，在木屋房頂鋪設(shè)了雨滴薄膜發(fā)電材料——納米薄膜，并構(gòu)建了一個(gè)封閉電路，用淋浴設(shè)備模擬雨滴落在薄膜上。此時(shí)，連接了薄膜的LED燈亮了起來(lái)。如果在雨滴薄膜下面鋪上太陽(yáng)能板，無(wú)論晴天還是雨天都可以發(fā)電。
“雨滴發(fā)電利用了國(guó)際領(lǐng)先的高分子納米薄膜雨水發(fā)電技術(shù)，納米薄膜做成透明狀后，透光率可達(dá)到90%以上，將其鋪設(shè)在太陽(yáng)能電池板上，即可成為下雨時(shí)雨滴發(fā)電、晴天時(shí)太陽(yáng)能發(fā)電的復(fù)合能源。”5月20日，在現(xiàn)場(chǎng)，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)王中林向公眾介紹。
“薄膜分為兩層，雨水滴到薄膜上之后，兩層材料會(huì)有一個(gè)接觸，表面就能通過(guò)摩擦感應(yīng)電荷。雨水不是純凈水，是帶電荷的，通過(guò)接觸之后，一層薄膜吸附正電，另一層薄膜帶負(fù)電，這就產(chǎn)生了電壓，與封閉的回路連接，就產(chǎn)生了電流。”在現(xiàn)場(chǎng)講解的研究員趙雪嬌向記者介紹。
雨滴發(fā)電產(chǎn)生的電量多少還在進(jìn)一步研究中。根據(jù)王中林在《自然》發(fā)表的論文，通過(guò)理論計(jì)算，目前另一種以摩擦生電為技術(shù)原理的水波能發(fā)電裝置，一個(gè)山東省面積大的薄膜，可以滿足當(dāng)下全球供電需求，但從理論到實(shí)際，還有較長(zhǎng)的路要走。
雨滴發(fā)電穩(wěn)定性實(shí)際上還跟降雨是否持續(xù)有關(guān)。如果雨持續(xù)降下，電流持續(xù)不斷；如果雨是間斷的，那么產(chǎn)生的就是脈沖電流，難以穩(wěn)定續(xù)航。因此，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)摩擦生電不穩(wěn)定的情況，專門研究了相應(yīng)的電路——先把電收集到一個(gè)電容器，再導(dǎo)出形成直流穩(wěn)壓的電流，能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%。
根據(jù)中科院納米所的設(shè)想，雨滴發(fā)電和水波能發(fā)電可能會(huì)在5年走向產(chǎn)業(yè)化，讓一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)自供能。以氣象觀測(cè)站為例，在一些多降雨的林區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)架設(shè)氣象站，通電、維修都不是很方便，如果雨滴薄膜發(fā)電供電穩(wěn)定，就是一個(gè)很好的供電選擇。
“關(guān)鍵是提高功率和穩(wěn)定性，還有材料怎么封裝更加有效。”趙雪嬌介紹。目前，雨滴發(fā)電的功率與太陽(yáng)能相比還是有差距的，如果能進(jìn)一步提高功率，太陽(yáng)能目前應(yīng)用的場(chǎng)景，雨滴發(fā)電都能使用。兩種方式結(jié)合效率會(huì)更高。
