Yeni su damlası üreteci: bir damla su yüz küçük LED ışığı yakabilir
Kılavuz
Hong Kong Şehir Üniversitesi'nin resmi web sitesinde yer alan yakın tarihli bir rapora göre, okulun araştırma ekibi, mevcut benzer su damlası jeneratöründen binlerce kat daha yüksek anlık güç yoğunluğuna sahip ve elektrik enerjisi dönüşümünün verimliliğini büyük ölçüde artıran yeni bir su damlası jeneratörü (DEG) geliştirdi.
arka fon
Dünya yüzeyinin yaklaşık% 70'i su ile kaplıdır. Hidroelektrik yeni bir şey değil.
Yeni türbin, elektrik üretmek için denizi ve dalgaları kullanıyor (Resim kaynağı: OIST)
Bununla birlikte, mevcut teknolojinin sınırlamaları nedeniyle, dalgalar, gelgitler ve hatta su damlacıklarında bulunan düşük frekanslı kinetik enerji, etkili bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürülmedi. Örneğin, bir su damlası bir nesnenin yüzeyine çarptığında, triboelektrik etkiye dayanan geleneksel bir su damlası üreteci, kontak şarjı ve elektrostatik indüksiyon nedeniyle elektrik üretecektir. Ancak yüzeyde oluşan yük miktarı arayüz etkisi ile sınırlıdır, bu nedenle elektrik enerjisinin dönüşüm verimliliği oldukça düşüktür.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, City University of Hong Kong'un (CityU) araştırma ekibi, bizi verimli bir şekilde elektrik üretmek için yağmur damlalarını kullanma idealine bir adım daha yaklaştıran yeni bir su damlası jeneratörü (DEG) geliştirdi. Anlık güç yoğunluğunu mevcut benzer su damlası üretecine (benzer bir alan etkili transistör yapısı olmadan) kıyasla binlerce kat artıran alan etkili transistöre (FET) benzer bir yapı ile donatılmıştır ve güç dönüşümünün verimliliğini büyük ölçüde geliştirir. Bu çığır açan sonuç, hidroelektrik üretimi üzerine bilimsel araştırmaları teşvik etmeye ve enerji krizine yanıt vermeye yardımcı olacaktır.
Araştırma, Hong Kong Şehir Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Wang Zuankai, Nebraska Lincoln Üniversitesi'nden Profesör Zeng Xiaocheng ve Çin Bilimler Akademisi Pekin Nano Enerji ve Sistemler Enstitüsü'nün kurucu direktörü ve baş bilim adamı Akademisyen Wang Zhonglin tarafından yönetildi. Araştırma sonuçları, uluslararası yetkili akademik dergi "Nature" ın son sayısında yayınlandı.
Aşağıdaki resim CityU araştırma ekibinin bazı üyelerini göstermektedir: (soldan) Bay Zheng Huanxi, Bay Xu Wanghuai, Profesör Wang Zuankai, Dr. Zhang Chao ve Song Yuxin.
(Resim kaynağı: Hong Kong Şehir Üniversitesi)
teknoloji
Güç dönüşümünün verimliliğini artırmak için araştırma ekibi iki yıl boyunca DEG'yi geliştirdi. Anlık güç yoğunluğu, benzer FET tasarımı olmayan diğer benzer cihazlardan binlerce kat daha yüksek olan 50,1 W / m2'ye ulaşabilir ve enerji dönüşüm verimliliği önemli ölçüde iyileştirilir.
Hong Kong Şehir Üniversitesi'nden Profesör Wang, bu buluşun iki temel faktöre sahip olduğuna dikkat çekti. İlk olarak ekip, su damlacıklarının, yarı kalıcı bir yüke sahip bir elektret malzemesi olan politetrafloroetilen (PTFE) üzerindeki sürekli etkisinin, yüksek yoğunluklu yüzey yüklerinin biriktirilmesi ve depolanması için yeni bir yöntem sağladığını keşfetti. Su damlacıkları PTFE yüzeyine çarpmaya devam ettiğinde, oluşan yüzey yüklerinin biriktiğini ve yavaş yavaş doymaya ulaştığını buldular. Bu yeni keşif, önceki çalışmalarda karşılaşılan düşük şarj yoğunluğunun darboğazının üstesinden gelmeye yardımcı oluyor.
Bu araştırmanın bir diğer önemli özelliği, FET'e benzer benzersiz bir yapıdır. FET, 1956'da Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan bir yeniliktir ve günümüzde modern elektronik cihazları oluşturan temel birim haline gelmiştir. Cihaz, bir alüminyum elektrot ve üzerine bir PTFE filminin yerleştirildiği bir indiyum kalay oksit (ITO) elektrodundan oluşur. PTFE / ITO elektrodu, şarj oluşturma, depolama ve indüksiyondan sorumludur. PTFE / ITO elektrodunun yüzeyine bir damla su düştüğünde ve yayıldığında, alüminyum elektrodu ve PTFE / ITO elektrodunu "bağlayarak" orijinal sistemi bir kapalı devre devresine dönüştürür.
Aşağıdaki şekil a, su damlası üreteci prensibinin şematik bir diyagramıdır: indiyum kalay oksit (ITO) cam levhaya bir politetrafloroetilen (PTFE) tabakası eklenir ve üzerine bir alüminyum elektrot yerleştirilir. Su damlası cam tabakanın yüzeyine çarptığında, transistörün kapısı görevi görür ve devreyi "açar". Aşağıdaki şekil b, yan yana düzenlenmiş dört su damlası üreticisini göstermektedir.
(Resim kaynağı: Hong Kong Şehir Üniversitesi)
Bu özel tasarım sayesinde, su damlacıklarının sürekli etkisi, PTFE üzerinde çok yoğun bir yüzey yükü biriktirir. Aynı zamanda, su damlası iki elektrodu "bağlamak" için yayıldığında, PTFE üzerinde biriken tüm elektrik yükleri serbest bırakılır ve bir elektrik akımı üretilir. Bu nedenle, anlık güç yoğunluğu ve enerji dönüşüm verimliliği büyük ölçüde iyileştirilecektir.
Profesör Wang şunları söyledi: "Araştırmamız, 15 cm yükseklikten düşen 100 mikrolitre (1 mikrolitre bir litrenin milyonda birine eşittir) su damlacıklarının 140V üzerinde bir voltaj üretebileceğini gösteriyor. Üretilen elektrik 100 küçük ışığı yakmak için yeterli. LED ışıklar."
(Resim kaynağı: Hong Kong Şehir Üniversitesi)
Anlık güç yoğunluğundaki artışın ek enerjiden değil, suyun kendisinin kinetik enerjisinin dönüştürülmesinden kaynaklandığını ekledi. "Düşen su damlacıklarında yer alan kinetik enerji yerçekiminden kaynaklanır ve serbest ve yenilenebilir olarak kabul edilebilir. Daha iyi kullanılmalıdır."
Araştırmaları ayrıca bağıl nemin azaltılmasının elektrik üretim verimliliğini etkilemeyeceğini gösteriyor. Ek olarak, elektrik üretmek için hem yağmur suyu hem de deniz suyu kullanılabilir.
değer
Profesör Wang, bu araştırmanın sonuçlarının küresel yenilenebilir enerji kıtlığı ile başa çıkmak için su enerjisi kullanımına yardımcı olacağını umuyor. "Elektrik üretmek için petrol ve nükleer enerjiyi değiştirmek için yağmur damlalarını kullanmak dünyanın sürdürülebilir kalkınmasını teşvik edebilir" dedi.
Uzun vadede, bu yeni tasarımın gemi gövdeleri, sahil şeridi, şemsiye yüzeyleri ve hatta su şişeleri gibi sıvı ve katı maddelerle temas eden farklı yüzeylere uygulanabileceğine ve monte edilebileceğine ve böylece düşük frekanslı su kinetik enerjisinin tam olarak kullanılabileceğine inanıyor.
Anahtar kelime
Yağmur damlaları, sürdürülebilirlik, enerji üretimi
Referans
1 Wanghuai Xu, Huanxi Zheng, Yuan Liu, Xiaofeng Zhou, Chao Zhang, Yuxin Song, Xu Deng, Michael Leung, Zhengbao Yang, Ronald X. Xu, Zhong Lin Wang, Xiao Cheng Zeng, Zuankai Wang. Yüksek anlık güç yoğunluğuna sahip damlacık bazlı bir elektrik jeneratörü . Doğa, 2020; DOI: 10.1038 / s41586-020-1985-6
[2] https://www.cityu.edu.hk/media/news/2020/02/06/cityu-new-droplet-based-electricity-generator-drop-water-lights-100-small-led-bulbs
