Учёные разработали плавающее устройство, которое вырабатывает электричество из дождевых капель, используя воду одновременно как конструкционный элемент и как электрод. Новый водоинтегрированный генератор демонстрирует высокий выход энергии и работает непосредственно на поверхности воды. Исследование проведено в Нанкинском университете аэронавтики и астронавтики и опубликовано в журнале National Science Review, сообщает SciTechDaily.
Традиционные генераторы электричества от дождевых капель основаны на диэлектрической плёнке, размещённой на жёсткой подложке с металлическим электродом. Хотя такие системы могут выдавать сотни вольт, их массивность, дорогие материалы и сложность масштабирования ограничивают их практическое применение. Новый подход устраняет жёсткую основу: устройство плавает на воде, которая одновременно выполняет роль несущей платформы и проводящего электрода. Это позволяет сократить массу примерно на 80% и снизить стоимость почти вдвое по сравнению с традиционными моделями при сохранении сопоставимого уровня генерации.
Когда дождевые капли падают на диэлектрическую поверхность, природные свойства воды — несжимаемость и высокая поверхностная энергия — обеспечивают стабильность, позволяя каплям эффективно распространяться и инициировать разделение зарядов. Ионы в воде выполняют роль носителей заряда, что позволяет устройству генерировать пиковое напряжение около 250 вольт с каждой капли — на уровне традиционных наземных систем.
Испытания подтвердили устойчивость генератора в широком диапазоне температур и солёности, а также при воздействии озёрной воды с биологическим обрастанием. Благодаря химической инертности диэлектрического слоя и водной основе устройство сохраняло работоспособность там, где другие энергетические системы быстро деградируют. Для повышения стабильности были разработаны дренажные отверстия, использующие поверхностное натяжение воды: они пропускают воду вниз, но блокируют обратный поток, предотвращая накопление избыточной влаги и потери мощности.
Одним из ключевых достижений стала масштабируемость. Исследовательская группа продемонстрировала интегрированный модуль площадью 0,3 кв. м — значительно больше, чем предыдущие образцы. Он одновременно питал 50 светодиодов и заряжал конденсаторы до полезных напряжений за несколько минут. В перспективе такие системы могут размещаться на озёрах, водохранилищах или морских акваториях, обеспечивая возобновляемую энергетику без использования земельных ресурсов.
По словам профессора Уанлина Го, разработка представляет собой пример интеграции природных материалов в инженерные решения: вода выполняет структурную и электрическую функции, что делает систему лёгкой, экономичной и масштабируемой. Помимо дождевой энергии, такие устройства могут питать датчики для мониторинга качества воды, солёности или загрязнений. В регионах с регулярными осадками они могут стать частью распределённых или автономных энергетических систем.
Авторы отмечают, что для крупномасштабного внедрения необходимы дальнейшие инженерные доработки — реальные размеры и скорость падения капель различаются, а крупные диэлектрические плёнки должны выдерживать динамичные погодные условия. Тем не менее представленный, надёжный и эффективный прототип является важным шагом к практическим системам гидровольтаики без привязки к суше.
