作者：Andrey Feldman 

研究人员开发出一种新型发电机，能够利用水汽蒸发直接产生电能。不同于依赖机械中介的传统水伏系统，该装置直接捕获蒸发能量转化为可用电力。这项被命名为“蒸发电”的技术突破，有望为依靠环境湿度驱动的可持续无电池电子设备开辟新道路。

 “水伏技术是通过湿度变化、水汽蒸发或水体流动释放的能量来发电，”香港中文大学教授、该研究主要作者之一Ady Suwardi在邮件中解释道，“这是一种丰富充沛的能源，既不需要阳光也不需要大型机械设备！”

 虽然水力发电概念由来已久，但现有技术因能量转换过程中的损耗导致效率低下。“目前水伏系统的发电功率相对较低，” Suwardi指出，“这源于能量的间接转换——例如水体运动或蒸发的能量通常需先转化为机械能，再转为电能，造成效率损失。”研究团队通过完全规避机械转换步骤的设计来消除这些损耗。他们的解决方案是：仅用一块软质保水凝胶和热电元件构成的“蒸发电发电机”。

蒸发与热电的完美结合

这项发表于Advanced Functional Materials 期刊的研究装置，其核心部件是一种多孔聚乙烯醇（PVA）水凝胶。这种材料具有海绵般的多孔结构，凭借优异的亲水特性，能够实现水分的持续吸收与释放。

 “PVA 水凝胶是由聚乙烯醇制成的柔软吸水材料，”Suwardi 解释道，“它的保水性能极佳，就像超级吸水的厨房海绵或尿布。”当水从凝胶表面蒸发时，会像汗水冷却皮肤一样使凝胶降温。这就在冷却的凝胶与较温暖的基层之间形成微小但稳定的温差。夹在两者之间的热电发电机，可将温差转化为电压。  

“我们的蒸发电发电机就像个精巧的三明治，”Suwardi描述道，“顶层是薄薄的PVA 水凝胶层——最有效的版本被制成小方块，厚度不足一厘米。下方是热电发电机，最底层是帮助维持环境温度的热沉。水凝胶覆盖在热电发电机上，不断吸水并自然蒸发。”“该装置产生的电力是传统水伏系统的三倍以上，”论文共同作者、新加坡国立大学的Jing Cao补充道，“而且这是在 26 摄氏度、40%湿度和相当于慢步行走速度的微风等真实环境条件下实现的。”

为小型设备提供实用电力

尽管功率有限，该系统已足以驱动基础电子设备。实验中，研究团队成功用该装置点亮了一块小型液晶显示屏。“产生的电力足以驱动小型LCD显示屏，证明其完全能为低功耗设备供电，”Cao表示。装置成功的关键在于水凝胶层的厚度。约0.8毫米的薄层能更有效地将冷却效应传导至热电发电机，从而提升发电效率。较厚的凝胶层虽能储存更多水分，却会形成隔热层，削弱温度梯度并降低输出电压。  

研究人员指出，材料改进将大幅提升性能。“初步结果显示，优化热电发电机和水凝胶设计可使发电功率再提升3-5倍，甚至 10倍，”Cao透露。

迈向实际应用

尽管研究仍处于相对早期阶段，但团队认为未来几年内具有强劲的商业化潜力。“通过良好的技术转化，从实验室走向市场可能需要三到五年时间，”Cao表示。最具前景的应用领域之一是穿戴技术。健身追踪器和环境传感器等设备未来可能依靠空气中的水分——甚至直接利用汗液持续运行。“想象一下微型传感器或健康追踪手环这样的穿戴设备，它们可以利用空气中的湿气或你的汗水运行，完全不需要电池！”Cao 畅想道。  

展望未来，研究人员希望进一步完善设计。可能的改进包括更高效的热电模块、更好的散热器，以及优化凝胶表面以加速蒸发。“我们可以改善水凝胶与发电机的连接以减少热损耗，目标是实现每平方米25 瓦的发电量，”Cao表示。该研究还发现 PVA浓度的变化对性能影响甚微，这为开发经济耐用的凝胶配方提供了基础。这种灵活性可能对技术规模化至关重要。

“太阳能电池板早期效率仅约6%，如今已超过30%，”Cao指出，“通过良好的技术采用和研究界的持续努力，我们有望实现类似的飞跃，甚至更大突破。这将为无电池、水力驱动的技术世界打开大门。”  

References

Zichen Gong, Ady Suwardi, and Jing Cao, Electricity Generation From Ambient Water Evaporation in the Absence of Sunlight via PVA-Based Porous Hydrogels, Advanced Functional Materials (2025).

DOI:  10.1002/adfm.202423371  

*封图来源：Unsplash