一組研究人員發現了一種巧妙的方法，可以將落下的水滴（例如雨水）轉化為可用的電能。透過將液滴引導至狹窄的垂直管道中以產生“推流”，他們能夠分離電荷並以驚人的效率收集能量。這種簡單的裝置不僅克服了傳統電荷分離方法的低效性，也產生了足以點亮12個LED的電力。

該創新系統具有在屋頂和城市環境中應用的潛在潛力，可提供一種可持續且低成本的水力發電替代方案。

當兩種材料接觸時，它們表面的電荷會發生轉移——一個常見的例子是氣球在皮膚上摩擦時產生的靜電。同樣，當水流過某些表面時，它會帶上或失去電荷。如今，研究人員今天（4月16日）在ACS Central Science上發表報告，利用這種效應，利用流經細管的雨滴發電。此系統產生的電能足以點亮12個LED燈。

「水透過垂直管道落下，透過一種特定的水流模式——推流，可以產生大量的電能，」該研究的通訊作者Siowling Soh 說。 “這種推流模式可以收集雨能，用於生產清潔可再生電能。”

水以短促的爆發或塞子狀流過一根細的聚合物塗層管，正如這些插圖和圖片所示，可以產生電能。圖片來源：改編自ACS Central Science 2025，DOI：10.1021/acscentsci.4c02110

傳統的水力發電是透過移動大量的水來驅動渦輪機。但這只適用於水量充足的地方，例如河流。對於流速較小、速度較慢的水流，研究人員探索了一種替代方法：電荷分離。當水流過一個帶有導電表面的通道時，這個過程會產生電能。然而，這種方法效率極低，因為電荷只會在水接觸的表面積聚。

為了提高效率，科學家嘗試使用微米級和奈米級通道來增加表面積。但這些通道太小，水無法輕易流過——而且泵送水流過所消耗的能量比系統產生的能量還要多。為了解決這個問題，Soh、Chi Kit Ao 和他們的團隊尋找一種利用更大的通道發電的方法，讓雨水能夠自然流過。

團隊設計了一個簡單的裝置，水從塔底流出，透過一根金屬針，將雨滴大小的水滴噴射到一根12英吋高（32公分）、2毫米寬的垂直聚合物管的開口中。水滴在管頂迎面相撞，形成了一種塞流：短水柱中夾雜著氣泡。當水流經管內時，電荷分離。然後，水被收集到管下方的一個杯子中。放置在管頂和杯子中的電線收集電能。

推流系統將流經管道的水流能量的10%以上轉換為電能。與連續流動的水流相比，推流產生的電能高出5個數量級。由於測試的液滴速度遠低於雨水，研究人員認為該系統可以用來從下落的雨滴中獲得電能。

在另一項實驗中，研究人員觀察到，同時或依序將水流過兩根管道，產生的能量可加倍。利用這項訊息，他們將水流過四根管道，該裝置為12個LED燈連續供電20秒。研究人員表示，推流式能源的安裝和維護可能比水力發電廠更簡單，而且對於像屋頂這樣的城市空間來說也很方便。

編譯自/ ScitechDaily