Ett forskarteam knutet till UNIST har introducerat en teknik som genererar elektricitet från regndroppar som träffar tak, vilket erbjuder en självförsörjande metod för automatisk dräneringskontroll och översvämningsvarning vid kraftiga regn.
Under ledning av professor Young-Bin Park från institutionen för maskinteknik vid UNIST utvecklade teamet en droppbaserad elgenerator (DEG) med hjälp av kolfiberförstärkt polymer (CFRP). Denna anordning, som kallas superhydrofob fiberförstärkt polymer (S-FRP-DEG), omvandlar regnets slagkraft till elektriska signaler som kan driva system för hantering av dagvatten utan extern strömkälla. Resultaten har publicerats i Advanced Functional Materials.
CFRP-kompositer är lätta men ändå hållbara och används i en rad olika tillämpningar, till exempel inom rymdindustrin och byggsektorn, tack vare sin styrka och korrosionsbeständighet. Dessa egenskaper gör dem väl lämpade för långvarig installation utomhus på tak och andra utsatta urbana strukturer.
Generatorn producerar elektricitet genom en process som liknar generering av statisk elektricitet. När en positivt laddad regndroppe kommer i kontakt med enhetens negativt laddade superhydrofoba yta överförs elektrisk laddning när droppen snabbt lossnar och rullar iväg. Denna rörelse driver en elektrisk ström genom inbäddade kolfiber, vilket genererar energi nästan omedelbart.
Till skillnad från konventionella metallbaserade droppgeneratorer, som är känsliga för korrosion från fukt och urbana föroreningar, bibehåller den CFRP-baserade konstruktionen stabil prestanda under tuffa miljöförhållanden. Forskningsteamet förbättrade effektiviteten ytterligare genom att införa en strukturerad yta och en lotusbladinspirerad beläggning som förbättrar vattenavvisningen samtidigt som den förhindrar ansamling av smuts och sot.
I laboratorietester genererade en enda regndroppe med en volym på cirka 92 mikroliter upp till 60 volt och några mikroampere ström. När fyra enheter kopplades i serie drev systemet kortvarigt 144 LED-lampor, vilket visade på dess skalbarhet.
Teamet validerade också tekniken i verkliga miljöer genom att installera enheten på byggnadstak och dräneringsrör. När regnintenziteten ökade blev de elektriska signalerna starkare och mer frekventa, vilket gjorde det möjligt för systemet att skilja mellan lätt, måttligt och kraftigt regn och automatiskt aktivera dräneringspumpar när det var nödvändigt.
”Denna teknik gör det möjligt för urban infrastruktur att övervaka nederbörd och reagera på översvämningsrisker med hjälp av endast regnets egen energi”, säger professor Park. ”I framtiden kan den integreras ytterligare i mobilitetssystem, inklusive fordon eller flygplan, där kolfiberkompositer redan används i stor utsträckning.”
Mer information: Seonghwan Lee et al, Structural Droplet‐Based Electricity Generator Using Superhydrophobic Fiber‐Reinforced Polymer for Smart Stormwater Management, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202522178
