ژنراتوری که از برخورد باران به سقف، برق تولید می‌کند

به گزارش بازار، وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

گروهی از پژوهشگران مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST) کره جنوبی، فناوری جدیدی معرفی کرده‌اند که با استفاده از کامپوزیت‌های الیاف کربن، انرژی برخورد قطرات باران به سقف‌ها را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. این نوآوری، راهکاری خودتأمین برای کنترل خودکار زهکشی و هشدار سیلاب در بارش‌های شدید ارائه می‌دهد.

این دستگاه که ژنراتور برق مبتنی بر قطره (DEG) نام دارد و از پلیمر تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRP) ساخته شده، ضربه قطرات باران را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌توانند سامانه‌های مدیریت آب طوفان را بدون نیاز به منبع انرژی خارجی به کار اندازند. یافته‌های این پژوهش در مجله معتبر مواد پیشرفته عملکردی/ Advanced Functional Materials منتشر شده است.

سازوکار تولید برق از باران

این ژنراتور از طریق فرآیندی مشابه تولید بار ساکن کار می‌کند. هنگامی که یک قطره باران با بار مثبت به سطح فوق آب‌گریز و با بار منفی دستگاه برخورد می‌کند، با جدا شدن و غلتیدن سریع قطره، بار الکتریکی منتقل می‌شود. این حرکت، جریان الکتریسیته را از طریق الیاف کربن جاسازی‌شده به راه می‌اندازد و تقریباً آنی برق تولید می‌کند.

مزیت کلیدی: مقاومت در برابر محیط خشن

برخلاف ژنراتورهای متداول مبتنی بر فلز که در برابر رطوبت و آلاینده‌های شهری مستعد خوردگی هستند، طراحی مبتنی بر الیاف کربن عملکرد پایدار خود را در شرایط محیطی سخت حفظ می‌کند. گروه پژوهشی با ایجاد یک سطح زبر و دارای بافت میکروسکوپی و استفاده از پوششی الهام‌گرفته از برگ لوتوس (که هم آب‌گریزی را افزایش می‌دهد و هم از انباشت کثیفی و دوده جلوگیری می‌کند)، بازده دستگاه را بیشتر بهبود بخشیدند.

آزمایش‌های عملی و قابلیت گسترش

در آزمایش‌های انجام‌شده، یک قطره باران با حجم تقریبی ۹۲ میکرولیتر تا ۶۰ ولت و چند میکروآمپر جریان تولید کرد. هنگامی که چهار واحد به صورت سری به هم متصل شدند، این سامانه به طور لحظه‌ای ۱۴۴ چراغ اِل‌ای‌دی را روشن کرد که قابلیت مقیاس‌پذیری آن را نشان می‌داد.

این فناوری با نصب دستگاه بر روی سقف ساختمان‌ها و لوله‌های زهکشی نیز در شرایط واقعی آزمایش و تأیید شد. با افزایش شدت بارندگی، سیگنال‌های الکتریکی قوی‌تر و پر تکرارتر شدند و به سامانه اجازه دادند بین باران سبک، متوسط و شدید تمایز قائل شود و در صورت لزوم، پمپ‌های زهکشی را به طور خودکار فعال کند.

چشم‌انداز آینده

پروفسور یانگ‌بین پارک (Young-Bin Park)، سرپرست این پژوهش گفت: این فناوری، زیرساخت‌های شهری را قادر می‌سازد تا بارندگی را پایش کنند و فقط با تکیه بر انرژی خودِ باران، به خطر سیلاب پاسخ دهند. در آینده، می‌توان آن را در سامانه‌های حمل‌ونقل، مانند خودروها یا هواپیماها، که هم‌اکنون به طور گسترده از کامپوزیت‌های الیاف کربن بهره می‌برند، ادغام کرد.