過去曾有不少試圖利用雨水發電的研究，但最近香港城市大學（City University of Hong Kong）領導的研究團隊開發了一種新的液滴式發電機（droplet-based electricity generator, DEG），具有突破性的進展，有助推動新型態的水力發電並應對能源危機。
雨水發電
既有的液滴式發電機是利用摩擦發電效應（triboelectric effect），用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，這種方式的電能轉換效率較低。為提升效率，研究團隊花了兩年時間研發出新型液滴式發電機，瞬時功率密度最高可達到 50.1 W/m2，較原先的液滴式發電機增加了數千倍，電能轉換效率亦大大提升。
創新關鍵
城市大學機械工程學系王鑽開教授指出，這項新研發有兩大關鍵︰首先是團隊發現，當水滴持續撞擊可自身帶有電荷的駐極體（electret）材料，聚四氟乙烯（PTFE，商品名鐵氟龍），所產生的表面靜電荷會不斷累積直至飽和，令 PTFE 可儲存高密度的表面電荷。此發現幫助他們克服電荷密度過低的瓶頸。
另一關鍵是他們研發的類似場效電晶體（field-effect transistor）結構。該結構由鋁電極和表面加上一層 PTFE 薄膜的銦錫氧化物（indium tin oxide, ITO）電極所組成，PTFE 和 ITO 電極負責電荷產生、儲存和感應。
當水滴撞擊 PTFE/ITO 表面，會讓 PTFE 累積高密度的表面電荷，而之後在表面上散開的水會「接通」鋁電極和 PTFE/ITO 兩個電極之間的通路，變成一個可通電的完整電路，釋放積存在 PTFE 上的電荷而產生電流。因此，瞬時功率密度和電能轉化效率都大幅提升。
成果與展望
王教授表示︰「我們的研究顯示，一滴 0.1 毫升的水滴由 15 公分的高度滴下，可產生超過 140 伏特電壓，產生的電能足以點亮100盞小 LED 燈。」
王教授希望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，甚至雨傘表面或水瓶內，這樣就能充分利用水的動能。
參考資料：
- Xu, W., Zheng, H., Liu, Y., Zhou, X., Zhang, C., Song, Y., … Wang, Z. (2020). A droplet-based electricity generator with high instantaneous power density. Nature. doi: 10.1038/s41586-020-1985-6
- City University of Hong Kong. (2020, February 6). CityU new droplet-based electricity generator: A drop of water lights up 100 small LED bulbs. Retrieved February 15, 2020.
- Fingas, J. (2020, February 10). Rain may soon be an effective source of renewable energy. Retrieved February 14, 2020, from
- ROBITZSKI, D. A. N. (2020, February 10). Scientists invent device to generate electricity from rain. Retrieved February 14, 2020, from