液滴能量捕集技术正快速发展，先进的液滴发电机可利用液滴产生百伏、甚至千伏级别的电压，最大电功率可达约10 W，展现出巨大的应用潜力。液滴发电机的最大瞬时功率及相应的匹配电阻是其发电性能的重要参数，但由于两者在不同条件下均可横跨约5-6个数量级，两者的确定目前只能依赖于繁重的阻抗匹配实验，阻碍了液滴发电技术的发展。为此，针对最大瞬时功率与匹配电阻，本工作解决三个关键问题：1）如何快速预估？2）各类因素会产生哪些影响？3）如何高效调控？

上海交通大学王如竹ITEWA团队基于对液滴发电机发电瞬态的实验研究与理论分析，提出了可快速预估液滴发电机液滴内阻，匹配电阻，瞬时功率峰值及最大瞬时功率的方法，预估方法仅需开路电压和短路电流两个常规电参数，可有效减轻传统的依赖于繁复实验测量的阻抗匹配实验负担。经大量实验与文献数据验证，快速预估方法展现出优异的通用性与准确性。系统研究了与液滴和装置相关的各类因素对最大瞬时功率与匹配电阻的影响，指出控制液滴盐浓度为两者跨数量级调控的简单而高效的策略。本工作对液滴发电机输出功率的理解、评估和调控提供了新见解并建立了新方法，有望促进液滴发电技术的快速发展。

图1 ：液滴发电机及其电输出。（a）液滴发电机示意图；（b）输出的开路电压与短路电流。

图2 ：快速预估方法的通用性与准确性。（a）瞬时功率随负载电阻的变化；（b）最大瞬时功率与匹配电阻覆盖的范围；（c）不同条件下，最大瞬时功率与匹配电阻的实验值与计算值对比。

图3：通过控制盐浓度实现对（a）最大瞬时功率和（b）匹配电阻的高效调控。

胡志锋，清华大学博士，现为上海交通大学王如竹教授团队博士后。主要研究兴趣为超浸润表面、液滴动力学与热力学、液滴能量捕集，相关成果发表于Advanced Materials, Nano Research, Journal of Colloid and Interface Science, Physical Review Applied等国际知名期刊，主持博士后特别资助、博士后面上资助等科研项目。

王如竹教授，上海交通大学讲席教授，制冷与低温工程研究所所长，教育部太阳能发电及制冷工程研究中心主任。主要从事制冷、热泵与热湿调控研究。作为第一完成人获国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖各1项、省部级科技进步一等奖4项，个人获何梁何利基金科学与技术创新奖等奖励。研究成果在国际制冷、热泵、热科学与能源利用领域形成广泛影响，荣获2013年英国制冷学会J&E Hall国际制冷金牌、2018年日本传热学会Nukiyama国际热科学纪念奖、2019年国际制冷学会最高学术奖Gustav Lorentzen奖章、2021年国际能源署Rittinger国际热泵奖以及2023年全球能源奖（Global Energy Prize）。

上海交大王如竹教授领衔的ITEWA交叉学科创新团队（Innovative Team for Energy, Water& Air）致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Science、Nature Review Materials、Nature Water、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等国际重要期刊上发表系列跨学科交叉论文。

Hu Z, Zhong H, Shan H, et al. Quick evaluation and regulation of the maximum instantaneous power and matching resistance for droplet-based electricity generators. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6893-x.