来自中国内地和中国香港的科学家共同团队创造了一种设备,可以为新的清洁能源铺平道路——一种可以通过水蒸发过程为小型电子设备提供动力的发动机。
该装置可以以100毫升(3.4盎司)的水为燃料运行50小时,并产生高达100伏的能量输出,明显高于之前尝试收集蒸发能量的研究。
该团队在周四发表在期刊《设备》(Device)上的一篇文章中写道:“水蒸发捕获了地球表面一半的太阳能,提供了一个巨大的可再生能源机会。”
文章称:“使用[发电机]原型,我们在环境条件下以水为燃料为小型电子设备提供动力,例如 20 个液晶显示器 (LCD)、温度传感器和计算器。”
研究人员来自广州华南理工大学、香港理工大学和香港城市大学。该团队的灵感来自“饮水鸟”,这是一种经典的科学玩具,戴着一顶大礼帽,根据热力学原理,它会不断地浸入一杯水中。这种装置是由美国化学家迈尔斯·沙利文在20世纪40年代发明的。
据报道,阿尔伯特·爱因斯坦花了三个半月的时间研究它,但依旧毫无结果。现在,老式玩具背后的相同机制已被利用于一种新的节能能源。
饮水鸟由两端的玻璃灯泡和玻璃管体组成。该管子延伸到底部灯泡中,里面装有沸点为 40 摄氏度的液体。
在开始喝水动作之前,要将鸟的喙浸入一杯水中。紧接着与布接触的水开始蒸发,导致头部比底座凉爽。
当鸟的头部冷却时,室内液体中的蒸气会凝结,因此头部的内部压力会低于底座。压力差促使底座中的流体向头部上升。当顶部变重时,它会倾斜回到水杯中。
向前倾斜后,液体回流,小鸟恢复直立位置。随着蒸发在它的头部继续进行,这只鸟不停地摆动和喝水。
受到几十年来好奇心的启发,研究小组决定通过收集鸟两侧的机械能,将这项发明提升到另一个层次。 为了实现这一目标,他们在两端安装了两个摩擦纳米发电机模块。
他们说:“我们使用一种天然的、由蒸发驱动的热机,其灵感来自于一个饮水鸟玩具,它将蒸发的潜热转化为慢频率运动,然后通过一个专门的摩擦纳米发电机将机械能转化为电能。”
该研究的第一作者、香港理工大学自然启发工程讲座教授王钻开表示,虽然他们的研究只是概念验证,但该团队希望开发出能够更有效地将水蒸发转化为电能的设备。
王说:“我们可以有几十只3d打印的微型饮水鸟,它们可以分层排列,同时发电。”
另一种让鸟摇摆的方法是将阳光直射到底部的灯泡上,这个灯泡可以被光热材料覆盖。他说,来自阳光的热量使内部的液体在蒸发时上升到头部,促使鸟浸入水中。
王表示:“通过这种方式,我们可以将光能转化为电能。因为液体在管内,所以在这个过程中不会流失到大气中。”他说,该团队还可以将先前开发的结构应用于鸟管,以加速液体的运动,从而产生更多的电力。