当两种材料接触时，它们表面的带电实体会受到一点推动。这就是在皮肤上摩擦气球产生静电的原理。同样，流过某些表面的水也可以获得或失去电荷。目前，研究人员利用这种现象从通过管道移动的雨滴生成电能。他们展示了一种新型流动，产生足够的电力来点亮12个LED灯。
“水通过垂直管道下落，通过使用特定的水流模式：堵塞流，产生大量电能，”研究的通讯作者Siowling Soh说道。“这种堵塞流模式可能允许收集雨能以产生清洁可再生电力。”
当流动的水推动涡轮时，就会产生电力。然而，水电受到大水量的限制，如河流。对于体积更小和流速更慢的水，一种替代方法是利用电荷分离，这是一种在水通过电导性内表面流动时产生电荷的现象。但电荷分离效率极低，因为它仅限于水流通过的表面。此前，科学家们尝试通过微米或纳米尺度的通道来提高其效率，以便为连续流动的水增加更多的表面积。然而，水并不会自然地通过如此微小的通道，并且如果泵送，则所需的能量超过了产生的能量。因此，Soh、Chi Kit Ao及其同事希望使用较大的通道来产生电力，以使雨水可以通过。
研究小组设计了一个简单的设置，让水通过金属针从塔底流出，并将雨滴大小的水滴喷射到一个12英寸高（32厘米高）和2毫米宽的垂直聚合物管的开口处。水滴在管顶的正面碰撞导致了堵塞流：短的水柱夹杂着空气袋。当水深流经管道内部时，电荷被分离。水随后收集在管下的杯子中。放置在管顶和杯中的电线收集电能。
堵塞流系统将通过管道下落的水的超过10%的能量转换为电力。而与连续流动的水相比，堵塞流产生了高达5个数量级的电力。由于测试的水滴速度远低于雨水，研究人员建议该系统可以用于从下落的雨滴中收集电力。
在另一个实验中，研究人员观察到通过两个管道移动水，无论是同时还是依次，产生了双倍的能量。利用这一信息，他们通过四个管道引导水流，而该设置连续为12个LED灯供电20秒。研究人员表示，堵塞流能量的设置和维护可能比水电站更简单，并且对城市空间如屋顶来说会更方便。
作者感谢新加坡教育部、科学技术研究局和新加坡国立大学健康创新与技术研究所的资助。
