อุปกรณ์ใหม่สามารถจ่ายไฟให้กับไฟ LED ขนาดเล็กได้ 100 ดวงเพียงแค่ใช้พลังงานจากหยดน้ำเพียงหยดเดียว

อุปกรณ์ใหม่สามารถจ่ายไฟให้กับไฟ LED ขนาดเล็กได้ 100 ดวงเพียงแค่ใช้พลังงานจากหยดน้ำเพียงหยดเดียว

ตอนนี้เราเข้าใกล้การผลิตไฟฟ้าจากน้ำหยดเดียวอย่างมีประสิทธิภาพแล้วทีมวิจัยที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย City University of Hong Kong (CityU) ได้พัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหยด (DEG) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถจ่ายไฟให้กับหลอดไฟ LED ขนาดเล็กได้ถึง 100 ดวงเพียงแค่ควบคุมพลังของน้ำฝนอุปกรณ์นี้ใช้โครงสร้างคล้ายทรานซิสเตอร์แบบ field-effect (FET) ซึ่งช่วยให้มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงและความหนาแน่นของพลังงานในทันทีเพิ่มขึ้นหลายพันเท่าเมื่อ

เทียบกับรุ่นเดียวกันที่ไม่มีโครงสร้างแบบ

งานวิจัยซึ่งนำโดยแผนกวิศวกรรมเครื่องกลของ CityU ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature ฉบับ ล่าสุดดู : รถขนขยะในโตรอนโตเร็วๆ นี้จะถูกขับเคลื่อนด้วยก๊าซชีวภาพจากเศษอาหารที่พวกเขาเก็บสะสม

ไฟฟ้าพลังน้ำไม่มีอะไรใหม่ ประมาณ 70% ของพื้นผิวโลกถูกปกคลุมด้วยน้ำ ทว่าพลังงานจลน์ความถี่ต่ำที่มีอยู่ในคลื่น กระแสน้ำ และแม้แต่เม็ดฝนก็ไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีในปัจจุบัน

ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดพลังงาน

หยดแบบธรรมดาที่อิงตามเอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริกสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการสัมผัสกระแสไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตเมื่อหยดกระทบพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ปริมาณประจุที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวถูกจำกัดโดยผลกระทบจากพื้นผิว และด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจึงค่อนข้างต่ำ

ทีมวิจัยได้ใช้เวลาสองปีในการพัฒนา DEG เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลง ความหนาแน่นของพลังงานในทันทีสามารถเข้าถึงได้ถึง 50.1 W/m2 ซึ่งสูงกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันหลายพันเท่า

โดยไม่ต้องใช้การออกแบบที่เหมือน 

FET และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานก็สูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเพิ่มเติม : แบตเตอรี่คาร์บอนไดออกไซด์แบบชาร์จไฟได้เต็มชุดแรกมีประสิทธิภาพมากกว่าลิเธียมไอออนถึงเจ็ดเท่าศาสตราจารย์ Wang Zuankai จาก CityU ชี้ให้เห็นว่ามีสองปัจจัยที่สำคัญสำหรับการประดิษฐ์นี้ ประการแรก ทีมงานพบว่าหยดละอองอย่างต่อเนื่องกระทบบน PTFE ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กเตรตที่มีประจุไฟฟ้ากึ่งถาวร ทำให้เกิดเส้นทางใหม่สำหรับการสะสมและการจัดเก็บประจุที่พื้นผิวที่มีความหนาแน่นสูง พวกเขา

พบว่าเมื่อหยดน้ำกระทบพื้นผิว

ของ PTFE อย่างต่อเนื่อง ประจุที่พื้นผิวจะเกิดขึ้นจะสะสมและค่อยๆ ถึงจุดอิ่มตัว การค้นพบครั้งใหม่นี้ช่วยเอาชนะคอขวดของความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าต่ำที่พบในงานก่อนหน้านี้รูปที่ “a” เป็นแผนผังของ DEG: สไลด์แก้ว ITO เคลือบด้วยฟิล์ม PTFE บางๆ และอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมวางอยู่ด้านบน หยดน้ำทำหน้าที่เป็นประตูของทรานซิสเตอร์และทำให้วงจรสมบูรณ์เมื่อกระทบกับพื้นผิวของแก้ว รูปที่ “b” 

คือภาพออปติคัลที่แสดง

อุปกรณ์ DEG แบบขนานสี่ตัวที่ประดิษฐ์ขึ้นบนพื้นผิวแก้ว ภาพถ่ายโดย CityU.

โครงสร้างคล้ายทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ที่ไม่เหมือนใคร

คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการออกแบบคือชุดโครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะคล้ายกับ FET ซึ่งเป็นรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ที่ชนะนวัตกรรมในปี 1956 และได้กลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

อุปกรณ์ประกอบด้วยอิเล็กโทรดอะลูมิเนียม และอิเล็กโทรดอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ที่มีฟิล์ม PTFE ติดอยู่ อิเล็กโทรด PTFE/ITO มีหน้าที่ในการสร้างประจุ การจัดเก็บ และการเหนี่ยวนำ เมื่อหยดน้ำที่ตกลงมากระทบและกระจายบนพื้นผิว PTFE/ITO มันจะทำการ “เชื่อม” อิเล็กโทรดอะลูมิเนียมและอิเล็กโทรด PTFE/ITO โดยธรรมชาติ โดยแปลงระบบเดิมให้เป็นวงจรไฟฟ้าแบบวงปิด

เว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์ไม่มีขั้นต่ำ / แตกง่าย แตกบ่อย