滂沱大雨虽扰人，但也有用之处。最近美国与香港研究人员携手，想要研究这项常被人忽略的自然现象发电潜力，最终研制出水滴发电机（droplet-based electricity generator，DEG），可产生 140 伏特电压，足以点亮 100 盏 LED。
利用雨滴来发电并不是什么稀奇的事情，过去许多科学家以液滴撞击表面的摩擦起电效应（tribeoelectric effect）与静电感应研制出各种新奇的设备，像是在太阳能板装上奈米摩擦发电机，让太阳能模组不管是晴天还是雨天都有电。
所谓摩擦起电，指的是透过两种不同的物体相互摩擦，让物体最外层的电子有足够的能量转移，最后两个物体分别带有负电荷与正电荷，这也是静电起因，只不过受摩擦电荷数量的限制，雨滴撞击力太小，发电量往往不高。
因此香港城市大学（城大）与美国内布拉斯加大学林肯分校（UNL）除了同样地善用摩擦起电理念，还研制出类似场效晶体管（field-effect transistor，FET）的三端（three-terminal）设备， 以电场效应控制电流，最终提高设备的能量密度。
该设备由铝电极以及覆盖永电体材料聚四氟乙烯 （PTFE）的氧化铟锡（ITO）电极组成，其中 PTFE/ITO 电极主要负责感应、产生与储存电荷，而团队采用 PTFE 材料主要是考量到设备以雨水来发电，发电机还要具备防水等功能，以免雨水渗入设备影响寿命，除此之外，当雨滴打在设备上时， PTFE 也会桥接两个电极并形成封闭回路，释放储存在材料表面的电荷。
这过这项设计，团队的 DGE 设备瞬间功率密度与能量转换效率双双提高，瞬间功率密度已提高至每平方米 50W，为过去设备的千倍以上。城大材料工程系教授王钻开（Wang Zuankai ）指出，根据团队实验，若100 微升（microlitre，μL）的水从 15 公分处落下，可产生 140 伏特电压，电力足够点亮 100 盏 LED。
王钻开补充，瞬间功率密度之所以会提高，并不是因为附加能量，而是由雨滴动能转换而来，团队认为可善加利用这些既免钱又永续的雨滴重力。同时这项设备不单单只能透过雨水来发电，海水也同样可行，因此可装设在轮船船身、海岸边以及雨伞表面等地。
目前研究已发表在《Nature》。
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（首图来源：pixabay）
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