蔚山国立科学技术院研发出基于碳纤维增强复合材料液滴的发电器

韩国蔚山国立科学技术院（UNIST）的一支研究团队研发出一项新技术，可通过雨滴撞击屋顶的动能实现发电，为强降雨天气下的自动化排水调控与洪水预警，提供了一种自供能解决方案。

该团队由UNIST机械工程系朴英彬（音译）教授领衔，利用碳纤维增强复合材料（CFRP）研制出一款液滴式发电器（DEG）。这款名为“超疏水纤维增强复合材料基液滴式发电器（S-FRP-DEG）”的装置，可将雨滴下落的冲击力转化为电信号，无需外接电源即可驱动雨水管理系统运转。碳纤维增强复合材料具备轻质、耐用、高强度及耐腐蚀的特性，非常适合长期户外安装于屋顶及其他暴露于外界的城市构筑物。

该发电器的发电原理与静电荷产生过程类似。当带正电的雨滴接触到器件带负电的超疏水表面时，液滴会快速脱离并滚落，此过程伴随电荷转移。这种电荷运动可驱动电流流经内置的碳纤维，几乎能实现瞬时发电。

传统金属基液滴发电器易受湿气与城市污染物的侵蚀而发生腐蚀，与之不同，这款碳纤维增强复合材料（CFRP）基发电器可在恶劣环境条件下保持稳定性能。研究团队还通过对器件表面进行纹理化处理，并引入仿荷叶涂层，进一步提升了发电效率——该设计既增强了疏水性，又能防止灰尘与烟尘堆积。

金属材质的传统液滴发电器往往会因污染和湿气侵蚀而出现腐蚀问题。而UNIST团队研发的这款CFRP基器件则攻克了这一难题，可长期保持优异的耐久性与稳定性。

实验室测试数据显示，一滴体积约92微升的雨滴，即可产生最高60伏特的电压与数微安的电流。将4个该器件串联后，系统可短时点亮144盏LED灯，这一结果验证了该技术的可扩展性。

研究团队还在真实场景中对该技术进行了验证——他们将器件安装在建筑物屋顶与排水管上。结果表明，随着降雨强度的增大，器件产生的电信号会变得更强、更频繁。基于这一特性，该系统能够区分小雨、中雨与大雨，并在必要时自动启动排水泵。

“这项技术能够让城市基础设施仅依靠雨水自身的能量，实现降雨监测与洪涝风险应对。”朴教授表示，“展望未来，该技术可进一步整合至各类移动系统中，包括汽车或飞机——这些领域早已广泛使用碳纤维复合材料。”

该研究由李成焕博士与金宰辰博士（均为音译）担任第一作者。研究成果由韩国科学技术信息通信部（MSIT）与韩国国家研究基金会（NRF）资助，于2025年11月20日发表在《先进功能材料》期刊的网络版上。