滂沱大雨雖擾人，但也有用之處。最近美國與香港研究人員攜手，想要研究這項常被人忽略的自然現象發電潛力，最終研製出水滴發電機（droplet-based electricity generator，DEG），可產生 140 伏特電壓，足以點亮 100 盞 LED。
利用雨滴來發電並不是什麼稀奇的事情，過去許多科學家以液滴撞擊表面的摩擦起電效應（tribeoelectric effect）與靜電感應研製出各種新奇的設備，像是在太陽能板裝上奈米摩擦發電機，讓太陽能模組不管是晴天還是雨天都有電。
所謂摩擦起電，指的是透過兩種不同的物體相互摩擦，讓物體最外層的電子有足夠的能量轉移，最後兩個物體分別帶有負電荷與正電荷，這也是靜電起因，只不過受摩擦電荷數量的限制，雨滴撞擊力太小，發電量往往不高。
因此香港城市大學（城大）與美國內布拉斯加大學林肯分校（UNL）除了同樣地善用摩擦起電理念，還研製出類似場效電晶體（field-effect transistor，FET）的三端（three-terminal）設備， 以電場效應控制電流，最終提高設備的能量密度。
該設備由鋁電極以及覆蓋永電體材料聚四氟乙烯 （PTFE）的氧化銦錫（ITO）電極組成，其中 PTFE/ITO 電極主要負責感應、產生與儲存電荷，而團隊採用 PTFE 材料主要是考量到設備以雨水來發電，發電機還要具備防水等功能，以免雨水滲入設備影響壽命，除此之外，當雨滴打在設備上時， PTFE 也會橋接兩個電極並形成封閉迴路，釋放儲存在材料表面的電荷。
這過這項設計，團隊的 DGE 設備瞬間功率密度與能量轉換效率雙雙提高，瞬間功率密度已提高至每平方公尺 50W，為過去設備的千倍以上。城大材料工程系教授王鑽開（Wang Zuankai ）指出，根據團隊實驗，若100 微升（microlitre，μL）的水從 15 公分處落下，可產生 140 伏特電壓，電力足夠點亮 100 盞 LED。
王鑽開補充，瞬間功率密度之所以會提高，並不是因為附加能量，而是由雨滴動能轉換而來，團隊認為可善加利用這些既免錢又永續的雨滴重力。同時這項設備不單單只能透過雨水來發電，海水也同樣可行，因此可裝設在輪船船身、海岸邊以及雨傘表面等地。
目前研究已發表在《Nature》。
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（首圖來源：pixabay）
