香港理工王钻开团队Device：饮水鸟驱动的摩擦式水伏发电机
香港理工王钻开团队Device：饮水鸟驱动的摩擦式水伏发电机
近年来，随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，开发新型可再生能源技术已成为科研领域的热点。在众多可再生能源中，水蒸发能量因其储量丰富、分布广泛而备受关注。然而，现有的水蒸发发电技术普遍存在能量转换效率低、材料易失效等问题。针对这一挑战，香港理工大学王钻开教授团队提出了一种创新的解决方案——饮水鸟摩擦水伏发电机（DB-THG）。
背景与挑战
作为地球上最大的能量载体，水蒸发过程捕获了地表近一半的太阳辐射能量。若能将其高效转化为电能，将对人类社会的可持续发展具有重要意义。然而，目前开发的水伏发电技术主要依赖于离子在纳米材料附近运动产生的流动电势，受限于离子-材料相互作用的空间范围和对水体的利用效率，能量转换效率普遍较低。
创新解决方案
王钻开教授团队在Cell Press旗下期刊Device发表的最新研究中，提出了一种利用水蒸发潜热和摩擦电效应收集蒸发能的新方法。他们设计的饮水鸟摩擦水伏发电机（DB-THG）结合了"饮水鸟"发动机和摩擦电纳米发电机（TENG），通过自然环境中的水分蒸发产生超过100V的电压，为蒸发能驱动小型电子设备供电提供了实用方案。
图1：饮水鸟摩擦式水伏发电机(DB-THG)的设计与输出图。
工作原理与性能
DB-THG的核心创新在于将蒸发的潜热转化为低频运动，再将机械能转化为电能。研究团队通过优化TENG设计，使用图案化软聚丙烯（PP）棉作为摩擦材料，显著减少了摩擦损耗，提高了能量转换效率。实验结果显示，在24℃、20%±5%相对湿度环境下连续运行50小时，DB-THG从约100毫升水中产生的最大电能约为0.65J，比使用相同水量的先进液滴发电机高出约180倍。
应用前景
DB-THG展现出卓越的输出能力，最大电压可达107V，电流0.24μA，电荷40nC。这些数值远超现有水蒸发发电技术，且峰值功率接近40μW，是基于电磁技术的饮水鸟发电机功率值的13倍。该设备能够直接为20个LCD显示器、湿度传感器和计算器等小型电子设备供电，并能在短时间内将电容器充电至所需电压。
未来展望
王钻开教授团队计划进一步优化饮水鸟结构和材料体系，提升能量转换效率，并探索实际应用场景，推动技术成果转化。这项研究不仅展示了DB-THG在可持续能源领域的应用潜力，也为开发新型绿色能源技术提供了新的思路。