Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong ha desarrollado recientemente un generador de electricidad basado en gotas de agua con una estructura similar a un transistor de efecto de campo que permite una alta eficiencia de conversión de energía y potencia instantánea.

La investigación fue dirigida por el profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong, el profesor Zeng Xiao Cheng de la Universidad de Nebraska-Lincoln y el profesor Wang Zhong Lin, director fundador y científico jefe del Instituto de Nanoenergía de Beijing y Nanosistemas de la Academia de Ciencias de China. 

Sus hallazgos fueron publicados en Nature en un estudio titulado "Un generador de electricidad basado en gotas con alta densidad de potencia instantánea". Alrededor del 70% de la superficie de la Tierra está cubierta por agua, sin embargo, la energía cinética de baja frecuencia contenida en las olas, las mareas e incluso las gotas de lluvia no se convierten eficientemente en energía eléctrica debido a las limitaciones de la tecnología actual.

Electricidad con gotas como base

Por ejemplo, un generador de energía de gotas convencional basado en el efecto triboeléctrico puede generar electricidad inducida por electrificación de contacto e inducción electrostática cuando una gota golpea una superficie, sin embargo, la cantidad de cargas generadas en la superficie está limitada por el efecto interfacial y, como resultado, la eficiencia de conversión de energía es bastante baja.

Para mejorar la eficiencia de conversión, el equipo de investigación ha pasado dos años desarrollando el DEG, ya que la densidad de potencia instantánea puede alcanzar hasta 50.1 W / m 2 , es decir, miles de veces más electricidad que otros dispositivos similares sin el uso de un diseño similar a FET, lo que da por resultado que la eficiencia de conversión de energía es notablemente mayor.

Por su parte, el profesor Wang de CityU señaló que hay dos factores cruciales para la invención; primero, el equipo descubrió que las gotas continuas que inciden en PTFE, un material electreto con una carga eléctrica casi permanente, lo que proporciona una nueva ruta para la acumulación y el almacenamiento de cargas superficiales de alta densidad.

El Impacto de cada gota puede generar 140 V

Hecho que les llevó a descubrir que cuando las gotas de agua golpean continuamente la superficie de PTFE, las cargas superficiales generadas se acumularán y gradualmente alcanzarán una saturación, con este nuevo descubrimiento se logró superar el cuello de botella de baja densidad de carga encontrado en trabajos anteriores.

Con el nuevo generador de electricidad basado en gotas, una gota de agua liberada desde una altura de 15 cm puede generar un voltaje de más de 140V, encendiendo 100 pequeños focos LED.

Otra característica clave de su diseño es un conjunto único de estructuras similares a un FET, el componente básico de los dispositivos electrónicos modernos. El dispositivo consta de un electrodo de aluminio y un electrodo de óxido de indio y estaño con una película de PTFE depositada sobre él. 

Mientras tanto, el electrodo PTFE / ITO es responsable de la generación de carga, almacenamiento e inducción; cuando una gota de agua que cae golpea y se extiende sobre la superficie de PTFE / ITO, naturalmente "une" el electrodo de aluminio y el electrodo de PTFE / ITO, traduciendo el sistema original en un circuito eléctrico cerrado.