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【导语】每逢大雨倾盆，你是否想过雨滴动能也能转化为能源？南京航空航天大学科研团队另辟蹊径，以水为材研发出漂浮式雨滴发电装置，利用水的导电性与表面张力实现高效发电。该装置成本减半、重量减轻，还能在复杂环境中稳定运行，为分布式绿色能源提供了新可能。

每当下起大雨，你有没有过这样的想法，雨水从天而降的动能，是否可以被转化为我们人类所用的能源呢？在科学家的眼中，这些从天而降的水滴确实蕴藏着可被(bèi)利(lì)用(yòng)的(de)能(néng)量(liàng)。每(měi)一(yī)颗(kē)雨(yǔ)滴(dī)在(zài)坠(zhuì)落(luò)过(guò)程(chéng)中(zhōng)都(dōu)携(xié)带(dài)动(dòng)能(néng)，而(ér)过(guò)去(qù)这(zhè)些(xiē)能(néng)量(liàng)都(dōu)被(bèi)悄(qiāo)然(rán)浪(làng)费(fèi)。

近(jìn)年(nián)来(lái)，研(yán)究(jiū)者(zhě)开(kāi)始(shǐ)尝(cháng)试(shì)将(jiāng)雨(yǔ)滴(dī)的(de)动(dòng)能(néng)转(zhuǎn)化(huà)为电能，发展所谓的水伏技术。然而，以往的装置往往依赖金属电极和厚重底座，不仅制造成本高，而且难以大规模推广。

如何用雨水来发电（图片来(lái)源(yuán)：作(zuò)者(zhě)使(shǐ)用(yòng)AI生(shēng)成(chéng)）

南(nán)京(jīng)航(háng)空(kōng)航(háng)天(tiān)大(dà)学(xué)的(de)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)提(tí)出(chū)了(le)一(yī)种(zhǒng)全新(xīn)的(de)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)，让(ràng)水(shuǐ)自(zì)身(shēn)成(chéng)为(wèi)装(zhuāng)置(zhì)的(de)一(yī)部(bù)分(fēn)。他(tā)们(men)研(yán)制(zhì)出(chū)一(yī)种(zhǒng)可(kě)以(yǐ)漂(piào)浮在水面上的雨滴发电装置，不再需要坚硬的支撑结构或昂贵的金属电极，而是利用水的导电特性和表面张力，将自然环境融入发电系统。

雨滴发电的技术革(gé)新(xīn)

早(zǎo)期(qī)的(de)雨(yǔ)滴(dī)发(fā)电(diàn)装(zhuāng)置(zhì)通(tōng)常(cháng)建(jiàn)立(lì)在(zài)固(gù)定(dìng)的(de)陆(lù)地(de)平(píng)台(tái)上(shàng)，采用(yòng)金(jīn)属(shǔ)电(diàn)极(jí)和(hé)坚(jiān)固(gù)底(dǐ)板(bǎn)来(lái)支(zhī)撑(chēng)绝(jué)缘(yuán)薄(báo)膜(mó)。当(dāng)雨(yǔ)滴(dī)击(jī)打(dǎ)薄(báo)膜(mó)时(shí)，电荷通过接触起电与静电感应产生电压输出。这种结构能够在实验条件下产生数百伏的电压，但装置本身较重、成本较高，不易推广至大面积或自然环境中使用。

南京航空航天大学的研究团队在此基础上提出了新的架构，水面浮动式雨滴发电装置。在这种设计中，水同时承担了支撑与导电两种角色。绝缘薄膜漂浮在水面上，水本身作为下方电极，顶部则由一根金属细丝充当上电极。当雨滴落在薄膜上，水的不可压缩性使薄膜能够稳定地承受冲击，而水中的离子则在电场作用下参与电荷迁移，形成有效的电流路径。

陆地和漂浮于水面的雨滴发电装置（图片来源：参考文献[1]）

实验表明，这种新型结构在轻量化与性能之间达到了平衡。单个雨滴在击打薄膜时可产生约250伏的峰值电压，几乎与传统装置相当。与此同时，材料重量减少约87%，整体制造成本降低近一半。由于不再依赖厚重的金属基底，该装置可直接漂浮在湖泊、池塘或人工水池中运行，具备天然的地理适应性与环境兼容性。

让装置更稳定、更持久、更易扩展

研究团队在性能验证后，进一步考察了装置在复杂环境中的适应性。结果显示，漂浮式雨滴发电装置在10至50摄氏度不同温度条件下以及从淡水到高盐度水体，如最高500毫摩尔氯化钠溶液中都能保持稳定输出。这得益于其关键材料氟化乙烯丙烯薄膜，它具有优异的化学惰性与防腐性能。即使在湖水中漂浮数日、表面出现轻微生物附着，装置的发电性能也几乎不受影响。这种抗生物污染特性使装置能够长期工作于自然水体中，为户外环境监测与无人平台提供可靠的电源。

为避免雨水在薄膜表面积聚造成电压下降，研究团队在结构中加入了单向排水孔设计。该设计利用水的高表面张力，使水滴在受到重力作用时可以向下排出，却不会从下方渗入。这种单向流动有效防止了积水短路与电容干扰，保证装置在连续降雨或波动水面上的稳定运行。

液滴撞击介电膜的高速成像图片（图片来源：参考文献[1]）

在可扩展性方面，团队构建了一个0.3平方米的模块化系统，将多个单元组合在一起。实验结果显示，该系统能同时点亮50个发光二极管，并在几分钟内将电容器充电至实用电压。这表明，漂浮式装置不仅适用于实验室研究，还具备为低功耗设备供电的潜力，例如水质监测传感器或无线浮标。

总体来看，这一设计实现了高稳定性、长寿命与良好的可扩展性。通过充分利用水体本身的物理与化学特性，研究者展示了一种可与太阳能和风能互补的能源形式，为未来低碳能源系(xì)统提供了新的解决方向。

总结

这项研究展示了雨滴能量利用的新思路。研究团队以水为主体材料，让它同时承担支撑与导电的功能，从而大幅降(jiàng)低(dī)了(le)装(zhuāng)置(zhì)的(de)成(chéng)本(běn)与重量。实验验证表明，即使在温度、盐度变化或湖水生物附着等复杂环境下，装置依然能保持稳定发电，并能通过结构优化实现自动排水与长期运行。

这种水中取能的理念意义在于，它不仅是一次技术改进，更是能源设计方式的转变。过去，人类往往通过消耗更多材料来追求更高效的能量获取，而这项研究证明，借助自然物质自身的特性，也能实现高效与可持续的目标。未来，漂浮式雨滴发电装置或将与太阳能、风能协同，为湖泊、湿地和沿海区域提供分布式的绿色(sè)电(diàn)力(lì)来(lái)源(yuán)。

参考文献：

[1] Deng, Wei, et al. "Floating droplet electricity generator on water." National Science Review 12.11 (2025): nwaf318.

[2] Ma, Zheng, et al. "A superhydrophobic droplet‐based magnetoelectric hybrid system to generate electricity and collect water simultaneously." Advanced Materials 32.50 (2020): 2006839.

[3] Zhang, Xuan, et al. "3D-printed Superhydrophobic and magnetic device that can self-powered sense a tiny droplet impact." Engineering 15 (2022): 196-205.

[4] Bao, Bin, and Quan Wang. "A rain energy harvester using a self-release tank." Mechanical Systems and Signal Processing 147 (2021): 107099.

[5] Ilyas, Mohammad Adnan, and Jonathan Swingler. "Piezoelectric energy harvesting from raindrop impacts." Energy 90 (2015): 796-806.

策划制作

作者丨杨 超 深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员

审核丨孙克衍 中国矿业大学副教授