■王鑽開(中)與城大研究團隊部分成員。 城大圖片香港文匯報訊 （記者 姬文風）滴水除了能穿石，原來亦可以發電。香港城市大學聯同內地及美國科學家團隊，最近成功研發出新型水滴發電機（droplet-based electricity generator，DEG），設有類似晶體管的結構，使其瞬時功率密度較現時類似的水滴發電機增加數以千倍，大大提升電能轉化效率，單靠一滴水已足以點亮100盞小LED燈。這項研究成果將有助推動水力發電的科學研究及應對能源危機。
此研究由城大機械工程學系教授王鑽開、美國內布拉斯加大學林肯分校教授曾曉成，和中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士合作領導，剛於最新一期國際權威學術期刊《自然》發表，論文題為「瞬時高功率密度水滴式發電機」。
團隊花兩年時間研究
王鑽開介紹指，現時傳統利用介面摩擦起電效應的液滴發電機，是基於液滴撞擊表面時的摩擦和靜電感應而產生電力，但受表面摩擦電荷數量的限制，這種方式的電能轉化效率較低。
為提升電能轉化效率，研究團隊花了兩年時間研發出新型液滴發電機，其瞬時功率密度、即每平方米可產生的最高能量達到50.1瓦，較沒有晶體管設計的液滴發電機增加了數以千倍，電能轉換效率亦大大提升。「我們的研究顯示，一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下，可產生超過140伏特電壓，發電機產生的電能足以點亮100盞小LED燈。」
王鑽開進一步解釋，是次新研發有兩大關鍵，第一是團隊發現，當水滴持續撞擊可長期帶有電荷的永電體材料聚四氟乙烯（PTFE），所產生的表面靜電荷會不斷累積至飽和水平，令PTFE可儲存高密度的表面電荷，克服了之前面對的電荷密度低之瓶頸問題。
另一關鍵是團隊研發了一組獨特結構，由一個鋁電極和一個表面加上了一層PTFE薄膜的銦錫氧化物電極所組成；當水滴撞擊PTFE/銦錫氧化物表面並散開時，由於水是導電的，會「接通」兩個電極之間的通路，變成一個可通電的完整電路。
在該獨特設計下，連續不斷的水滴可使PTFE上積存了密度很高的表面電荷，而每當水滴接通了兩個電極，所有積存的電荷都全被釋放，產生電流，從而令瞬時功率密度和電能轉化效率大幅提升。
盼助全球開發更多水資源
王鑽開期望，是次研究成果可以幫助全球開發更多水資源，以應對全球可再生能源短缺問題，長遠來說，該新型設計可以推廣和安裝在不同液體與固體接觸的表面上，例如輪船船身、海岸邊以至雨傘表面、水樽內，這樣就能充分利用低頻的水動能。