為了提升電能轉(zhuǎn)化效率，研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了兩年時(shí)間開發(fā) DEG。其瞬時(shí)功率密度可以達(dá)到 50.1 W/m2，比沒有使用類似 FET 設(shè)計(jì)的其他類似裝置高數(shù)千倍，并且能量轉(zhuǎn)化效率顯著提升。

香港城市大學(xué)的王教授指出，這項(xiàng)發(fā)明有兩個(gè)關(guān)鍵因素。第一，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，水滴持續(xù)撞擊一種帶有準(zhǔn)永久電荷的駐極體材料聚四氟乙烯（PTFE），為高密度表面電荷的累積和存儲(chǔ)提供了一種新方法。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水滴持續(xù)撞擊 PTFE 表面時(shí)，生成的表面電荷累積并逐漸達(dá)到飽和。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)有助于克服之前研究中遇到的低電荷密度的瓶頸。

這項(xiàng)研究的另一個(gè)關(guān)鍵特征就是一套類似 FET 的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。FET 是一項(xiàng)于1956年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的創(chuàng)新，如今已經(jīng)變成了構(gòu)成現(xiàn)代電子器件的基本單元。該裝置由一個(gè)鋁電極和一個(gè) PTFE 薄膜沉積在其上的氧化銦錫（ITO）電極組成。PTFE/ITO 電極負(fù)責(zé)電荷的生成、存儲(chǔ)和感應(yīng)。當(dāng)一滴水落到 PTFE/ITO 電極表面上并擴(kuò)散開來(lái)時(shí)，“接通”了鋁電極和 PTFE/ITO 電極，將原始的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)閉環(huán)電路。

下圖a為水滴發(fā)電機(jī)的原理示意圖：氧化銦錫（ITO）玻璃片上加上了一層聚四氟乙烯（PTFE），并在上面放置鋁電極。當(dāng)水滴撞擊玻璃片表面時(shí)，充當(dāng)晶體管的柵極，就“接通”了電路。下圖b為四個(gè)并排的水滴發(fā)電機(jī)裝置。

通過(guò)這種特殊的設(shè)計(jì)，持續(xù)的水滴撞擊使 PTFE 上積存了密度很高的表面電荷。與此同時(shí)，當(dāng)水滴擴(kuò)散開來(lái)“接通”兩個(gè)電極時(shí)，所有積存在 PTFE 上的電荷全部都被釋放，產(chǎn)生了電流。因此，瞬時(shí)功率密度和能量轉(zhuǎn)化效率都會(huì)大幅提升。

王教授表示：“我們的研究表明，100微升（1微升等于百萬(wàn)分之一升）的水滴從15厘米的高度落下，可以產(chǎn)生超過(guò)140V的電壓。生成的電力足以點(diǎn)亮100盞小LED燈?！?/span>

他補(bǔ)充道，瞬時(shí)功率密度的提升并不是由額外的能量引起的，而是由水本身的動(dòng)能轉(zhuǎn)化引起的?！跋侣涞乃嗡鶢可娴膭?dòng)能是由重力引起的，可以被認(rèn)為是免費(fèi)以及可再生的。它應(yīng)該得到更好利用。”

他們的研究也表明，相對(duì)濕度的降低不會(huì)影響發(fā)電效率。此外，雨水和海水都可以用于發(fā)電。