Tim iz Nanjinga razvio je plutajući W-DEG generator koji koristi vodu kao donju elektrodu i foliju od FEP-a da pretvori udare kišnih kapi u električne impulse. U pojedinačnim merenjima impulsni naponi su do 250 V, a u nizovima oko 200 V, pri čemu su moduli pokazali sposobnost da napajaju niskopotrošne uređaje i napune kondenzator do 3 V u prototipu od 0,3 m². Težina i cena su značajno smanjene (0,5 kg/m², ~106 juana/m²), a sistem je otporan na slanu vodu i biološko zagađenje, što ga čini obećavajućim rešenjem za napajanje udaljenih senzora i drugih niskopotrošnih aplikacija.
Plutajuća energija iz kiše: naučnici iz Nanjinga pretvaraju kišne kapi u struju
Plutajuća energija iz kiše: naučnici iz Nanjinga pretvaraju kišne kapi u struju
Kišne kapi, često povezane sa osećajem osveženja i smirenja, mogle bi postati mali, distribuirani izvori čiste energije. Tim istraživača sa Univerziteta za vazduhoplovstvo i astronautiku u Nanjingu razvio je plutajući generator — W-DEG (water-integrated floating droplet electricity generator) — koji koristi samu vodu kao donju elektrodu i plutajuću podlogu, eliminišući potrebu za metalnim ili krutim konstrukcijama.
Glavne karakteristike
W-DEG je dizajniran da bude lagan, jeftin i skalabilan. U poređenju sa konvencionalnim droplet electricity generatorima (DEG), koji koriste čvrstu metalnu podlogu i obično teže više od 4 kg/m² pri ceni od oko 210 juana/m² (~$29/m²), plutajuća verzija teži oko 0,5 kg/m² i košta približno 106 juana/m² (~$15/m²), što predstavlja značajno smanjenje troškova i mase.
Kako radi
Na vrhu W-DEG-a nalazi se tanka, fluorirana folija od FEP-a. Kada kap kiše udari u tu površinu, kap se razlije i stvara lokalne tokove jona koji dovode do prenosa naboja između gornjih i donjih zona; voda ispod folije služi kao donja elektroda. Jedan udar kapi može proizvesti visok impulsni napon — u pojedinačnim merenjima do oko 250 V, dok su u testiranim nizovima mereni impulsi oko 200 V po kapljici. Važno je naglasiti da su ti impulsi visokog napona, ali sa relativno malim strujnim tokovima — pogodni za niskopotrošne elektroničke uređaje i skladištenje u kondenzatorima.
Otpornost i održivost
Testovi su pokazali da uređaj radi i sa česmom, jezerskom i blago slanom vodom; konstrukcija podnosi slanost do 500 mM NaCl. FEP film je hemijski inerten i otporan na koroziju, velike temperaturne promene i rast organizama (alge, bakterije). Terenski testovi su pokazali funkcionalnost i nakon nedelju dana u jako slanoj vodi. Da bi se smanjilo nakupljanje nečistoća, tim je uveo male drenažne otvore koji koriste gravitaciju i površinski napon da održe površinu čistom.
Skaliranje i praktični primeri
Istraživači su povezali više modula u plutajuće nizove i pokazali skalabilnost sistema. Svaki mali modul mogao je davati pulse od ~200 V i napajati do 50 LED u laboratorijskim uslovima. U prototipu sastavljenom od 10 W-DEG modula na površini od 0,3 m² (veličine stola za kafu), simulirana kiša iz 120 kapilara napunila je kondenzator na 3 V za samo nekoliko minuta — dovoljno za bežični senzor kvaliteta vode ili drugu malu elektroniku.
"Dozvolivši vodi da igra i strukturnu i električnu ulogu, postavili smo novu strategiju za lagano, jeftino i skalabilno generisanje elektriciteta iz kapi," ističe profesor Wanlin Guo, koautor studije.
Mogućnosti primene i ograničenja
W-DEG može biti koristan za napajanje daljinskih senzora, bežičnih mernih uređaja, ili dopunu napajanja u područjima sa čestim padavinama. Kao plutajući sistem, može se postaviti na jezera, rezervoare ili mirnije obale reka. Međutim, realni energetski prinos po površini ostaje ograničen: sistem proizvodi impulsne napone sa manjim ukupnim energetskim izlazom po kapljici, pa je pogodan pre svega za niskopotrošne aplikacije, umesto za direktno napajanje kućanstava bez dodatnog skladištenja i konverzije energije.
Zaključak
W-DEG predstavlja primer "prirodno-integrisanog" inženjeringa koji koristi materijale iz okoline da bi smanjio troškove i ekološki otisak. Nalazi su objavljeni u časopisu National Science Review. Dalji rad treba da se fokusira na dugoročnu izdržljivost u otežanim uslovima, optimizaciju strujnih protoka i integraciju sa sistemima za skladištenje energije kako bi tehnologija postala praktičnija za širu upotrebu.
Pomozite nam da budemo bolji.
