瑞士聯邦理工學院洛桑分校的納米科技能源技術實驗室（LNET）研究人員最近開發出一種納米裝置，利用光和熱通過蒸發鹽水來產生穩定的電流。這項研究的獨特之處在於，熱量和光不僅用於促進蒸發，還用於控制鹽水中的離子流動和納米裝置中的電子流動。水電技術（Hydrovoltaic, HV）是一項新興技術，通過利用水與功能性材料的相互作用來發電。與傳統的利用水作為流體驅動渦輪機的方法不同，水電效應通過蒸發或水滴流動等過程來生成持續的電力。
在 2024 年，LNET 的研究人員報告建造了一種納米級水電裝置，該裝置使用硅納米柱，其中的流體樣本在它們之間的通道中蒸發。兩年後，該裝置的功率輸出超過了類似技術，並且能夠控制其內部的離子和電子流動。
熱對於蒸發的影響是眾所周知的。供應熱量可以加速水的蒸發。從事水電效應研究的科學家利用這一點來加快電力的生成。然而，LNET 副教授 Giulia Tagliabue 領導的研究團隊也認識到了光在這一過程中的作用。研究人員使用的納米裝置由硅製成，作為半導體，其電子受到光源的光子激發，而熱則增強了其表面電荷至負值。
該裝置擁有三個獨立的層，每層分別用於蒸發、離子傳輸和電荷收集。鹽水層中的熱驅動蒸發也導致離子移動，產生正負電荷的分離。這種固液界面的電荷分離創造了電場，在電路中產生電力。
Tagliabue 在新聞稿中表示：「我們的研究表明，由於這一表面電荷效應，添加太陽光和熱可以使能量產出提高五倍。」這一自然效應一直存在，但我們是第一個利用它的人。通過利用這一效應所獲得的改進輸出在該裝置的 1 V 電壓和 0.25 W/m² 功率密度中得到了明顯體現。
三層裝置設計還幫助研究人員建立了一個模型，以進一步提高功率輸出，並通過調整鹽濃度和納米柱結構來實現。團隊還解決了水電裝置在使用鹽水時常面臨的一個主要缺點，即材料劣化問題。為了克服這一問題，研究人員在納米柱上使用了氧化物涂層，以防止與鹽水發生不必要的化學反應，同時保持穩定性能。
研究人員希望他們的工作能促進水電裝置的發展，這些裝置可以利用水、熱和陽光為無需電池的設備供電，這可能有助於構建從可穿戴設備到環境傳感器等各種設備。這項研究成果已發表在《自然通訊》期刊上。
