Исследовательская группа из UNIST представила технологию, которая генерирует электричество из капель дождя, падающих на крыши, предлагая автономный подход к автоматизированному управлению дренажем и предупреждению о наводнениях во время сильных дождей.
Под руководством профессора Янг-Бин Пака с кафедры машиностроения UNIST команда разработала генератор электроэнергии на основе капель (DEG) с использованием полимера, армированного углеродным волокном (CFRP). Это устройство, получившее название супергидрофобный полимер, армированный волокном (S-FRP-DEG), преобразует воздействие падающего дождя в электрические сигналы, способные управлять системами управления ливневыми стоками без внешнего источника питания. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Композиты из углеродного волокна (CFRP) легкие, но прочные, и используются в самых разных областях, таких как аэрокосмическая промышленность и строительство, благодаря своей прочности и устойчивости к коррозии. Эти характеристики делают их хорошо подходящими для длительной наружной установки на крышах и других открытых городских сооружениях.
Генератор вырабатывает электричество посредством процесса, аналогичного генерации статического заряда. Когда положительно заряженная капля дождя соприкасается с отрицательно заряженной супергидрофобной поверхностью устройства, происходит передача электрического заряда, при этом капля быстро отрывается и скатывается. Это движение приводит к возникновению электрического тока в встроенных углеродных волокнах, генерируя энергию практически мгновенно.
В отличие от обычных металлических генераторов капель, подверженных коррозии от влаги и городских загрязнителей, конструкция на основе CFRP обеспечивает стабильную работу в суровых условиях окружающей среды. Исследовательская группа дополнительно повысила эффективность, внедрив текстурированную поверхность и покрытие, вдохновленное формой листа лотоса, которое улучшает водоотталкивающие свойства и предотвращает накопление грязи и сажи.
В лабораторных условиях одна капля дождя объемом примерно 92 микролитра генерировала до 60 вольт и несколько микроампер тока. При последовательном соединении четырех устройств система кратковременно питала 144 светодиода, демонстрируя свою масштабируемость.
Команда также проверила технологию в реальных условиях, установив устройство на крышах зданий и водосточных трубах. По мере увеличения интенсивности осадков электрические сигналы становились сильнее и чаще, что позволяло системе различать слабый, умеренный и сильный дождь и автоматически включать дренажные насосы при необходимости.
«Эта технология позволяет городской инфраструктуре отслеживать количество осадков и реагировать на риски наводнений, используя только энергию самого дождя», — сказал профессор Пак. «В перспективе ее можно будет интегрировать в системы мобильности, включая транспортные средства или летательные аппараты, где композиты из углеродного волокна уже широко используются».
