从水滴中获得电荷

去年，麻省理工学院的研究人员发现，当水滴在凝结过程中自发地从超疏水表面跳离时，它们可以在这个过程中获得电荷。现在，同一个团队已经证明，这个过程可以产生少量的电力，可以用来为电子设备供电。

这项新发现由博士后Nenad Miljkovic、机械工程副教授Evelyn Wang和另外两人共同发表在《应用物理快报》上。

这种方法可能会使设备仅利用空气中的湿度为手机或其他电子产品充电。作为附带的好处，该系统还可以生产干净的水。

Miljkovic说，这个装置本身可能很简单，由一系列交错的平面金属板组成。虽然他最初的测试对象是铜板，但他说任何导电金属都可以，包括更便宜的铝。

在最初的测试中，产生的能量非常小——每平方厘米金属板只有15皮瓦，或万亿分之一瓦。但是Miljkovic说，这个过程可以很容易地达到每平方厘米至少1微瓦，或百万分之一瓦。这样的输出将与其他已被提议用于收集废热、振动或其他环境能量来源的系统相当，并且代表的数量足以为一些偏远地区的电子设备提供有用的电力。[…包括物联网(IoT)应用。]

例如，Miljkovic计算出，在每平方厘米1微瓦的情况下，一个边长约50厘米的立方体——大约是一个典型的露营冷却器的大小——可以在大约12小时内给手机充满电。他说，虽然这看起来很慢，但偏远地区的人们可能没有什么选择。

这里有一些限制:因为这个过程依赖于冷凝，它需要一个潮湿的环境，以及一个比周围空气更低的温度源，比如洞穴或河流。

该系统是基于Miljkovic和Wang在2013年的发现——试图开发一种改进的传热表面，用于发电厂等应用的冷凝器——超疏水表面上的液滴在合并形成更大的液滴时将表面能转化为动能。这有时会导致液滴自发地跳开，相对于其他技术，传热能力提高了30%。他们后来发现，在这个过程中，跳跃的液滴获得了一个小电荷——这意味着跳跃和伴随的热量传递可以被附近的金属板增强，金属板的相反电荷对液滴有吸引力。

现在，研究人员已经证明，同样的过程可以用于发电，只需给第二个板一个亲水的表面。当水滴跳跃时，它们将电荷从一个平板带到另一个平板;如果两块板通过外部电路连接起来，就可以利用电荷差来提供电力。

在一个实用的装置中，两个金属板阵列，就像散热器上的散热片一样，会交错在一起，这样它们就会非常靠近，但不会接触。该系统将被动运行，没有活动部件。

为远程自动化环境传感器供电，即使是少量的能量也可能足够;Miljkovic说，任何有露水形成的地方都可以在早上产生几个小时的电力。“水会从大气中凝结出来，这是自然发生的，”他说。

“大气是一个巨大的能量来源，你所需要的只是空气和设备之间的温差，”他补充说——这就允许设备产生冷凝，就像水从温暖潮湿的空气中凝结在冰冷的玻璃杯外面一样。

这项研究还包括麻省理工学院的研究生丹尼尔·普雷斯顿和现在朗讯爱尔兰有限公司的前博士后瑞安·恩莱特，他们得到了麻省理工学院固态太阳能-热能转换中心(S3TEC)的支持，该中心由美国能源部资助;海军研究办公室;和国家科学基金会。

麻省理工学院(MIT)

www.mit.edu

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