Un team di ricerca guidato da scienziati della City University di Hong Kong (CityU) ha sviluppato una nuova forma di generatore di elettricità basato su goccioline d’acqua (DEG).
Il generatore elettrico DEG presenta una struttura simile a quella di un transistor: consente un’elevatissima efficienza di conversione dell’energia. La sua densità di potenza istantanea viene aumentata di migliaia di volte rispetto a generatori elettrici con una struttura differente.
Questo risultato rivoluzionario può aiutare a far progredire la ricerca scientifica sull’energia idroelettrica.
Il risultato è frutto di uno sforzo congiunto tra tre università in USA, Cina e Hong Kong. Per essere precisi, è stata condotta dal professor Wang Zuankai del dipartimento di ingegneria meccanica del CityU. Con lui ha collaborato il professor Zeng Xiaocheng dell’Università del Nebraska-Lincoln, negli USA. Una terza fase del progetto è stata poi sviluppata dal professor Wang Zhonglin, direttore fondatore e capo scienziato dell’Istituto di Nanoenergia e Nanosistemi dell’Accademia delle Scienze cinese di Pechino.
La loro scoperta è stata pubblicate nell’ultimo numero della prestigiosa rivista scientifica Nature con il titolo “Un generatore di elettricità a goccia con elevata densità di potenza istantanea”.
Come funziona il generatore elettrico DEG a goccia
La figura a è il diagramma schematico di un DEG, Droplet Energy Generator: un vetrino rivestito con ossido di indio-stagno (ITO) e avvolto in una sottile pellicola di teflon (PTFE) e un elettrodo di alluminio è posto sopra di esso. Inoltre, le gocce d’acqua fungono da cancello del transistor e completano il circuito quando colpiscono la superficie del vetro. La figura b è un’immagine che mostra quattro dispositivi DEG paralleli fabbricati sul substrato di vetro.
La differenza con altri generatori
Un generatore di energia a goccia convenzionale basato sull’effetto triboelettrico può generare elettricità indotta dall’elettrificazione da contatto e dall’induzione elettrostatica quando una goccia colpisce una superficie. Tuttavia, la quantità di carica generata sulla superficie è limitata dall’effetto interfacciale e, di conseguenza, l’efficienza di conversione dell’energia è piuttosto bassa.
Per migliorare l’efficienza di conversione, il team di ricerca ha trascorso due anni a sviluppare il DEG. La sua densità di potenza istantanea può raggiungere fino a 50,1 W / m2. È MIGLIAIA DI VOLTE SUPERIORE rispetto a dispositivi SIMILI, ed anche l’efficienza di conversione energetica è notevolmente più elevata.
Il professor Wang ha sottolineato che ci sono due fattori cruciali per l’invenzione:
- Le goccioline continue che incidono sul PTFE, un materiale con una carica elettrica quasi permanente, forniscono un nuovo percorso per l’accumulo e lo stoccaggio di cariche superficiali ad alta densità.
- Quando le goccioline d’acqua colpiscono continuamente la superficie del PTFE, la carica superficiale generata si accumula e raggiunge gradualmente la saturazione.
Questa nuova scoperta ha aiutato a superare tutti i problemi dei precedenti generatori.
La ricerca mostra che una sola goccia d’acqua rilasciata da un’altezza di 15 cm può generare una tensione di oltre 140 V, che può illuminare 100 piccole luci a LED.
Il professor Wang ha dichiarato di sperare che il risultato di questa ricerca possa aiutare a raccogliere l’energia dell’acqua per rispondere al problema globale della carenza di energia rinnovabile. Ritiene che a lungo termine il nuovo design possa essere applicato e installato su diverse superfici che mettono in contatto liquidi con solidi. In questo modo si potrà sfruttare appieno l’energia cinetica a bassa frequenza in acqua.
Un esempio? Quanti ne volete? La superficie dello scafo di un traghetto, un ombrello, il vetro di una finestra, persino l’interno delle bottiglie.
