Solcelledrevet stoff avkjøles om dagen og varmer om natten – Physics World

Forskere i Kina har avduket et nytt konsept for solcelledrevne klær som kan regulere brukerens kroppstemperatur. Laget av Ziyuan Wang og kolleger på Nankai University, designet kombinerer elektrokaloriske enheter med toppmoderne fleksible solceller. Teamet beskriver sin tilnærming i en artikkel i Vitenskap.

Termoregulerende klær har som mål å holde kroppen på en trygg og behagelig temperatur i et bredt spekter av miljøer. Stort sett faller den inn i to kategorier, passiv og aktiv. Passiv termoregulering bruker materialer som utnytter effekter inkludert absorpsjon, stråling og den latente varmen fra faseoverganger for å holde brukerne komfortable.

En sentral fordel med en passiv tilnærming er at en ekstern strømkilde ikke er nødvendig. Passiv termoregulering går imidlertid normalt i én retning med plagg som enten har en kjølende eller varmende effekt – men ikke begge deler.

Energiutfordring

Toveis termoregulering oppnås vanligvis ved bruk av aktive materialer som bruker mekanismer som kjølevæskesirkulasjon og fluidiske kanaler for å oppnå rask oppvarming og avkjøling. Disse systemene er vanligvis drevet av batterier, som tilfører vekt og må lades. I prinsippet kan de imidlertid også drives av å høste energi fra solen – men dette har vist seg å være en betydelig designutfordring.

"På grunn av deres høye energiforbruk er det vanskelig for aktive systemer å opprettholde kontinuerlig termoregulering av menneskekroppen i lang tid gjennom bærbare, bærekraftige energiinnsamlingsenheter," Xingyi Huang og Pengli Li ved Shanghai Jiao Tong University skriv i a kommentarartikkel in Vitenskap som følger med Wangs papir.

For å takle denne utfordringen, hentet Wangs team fra de siste fremskrittene innen fleksible organiske solceller. I dag kan disse solcellene opprettholde høy konverteringseffektivitet selv når de er forvridd til forskjellige former.

"Hvis en så høyeffektiv og fleksibel organisk solcelleenhet kunne integreres med et skikkelig termisk styringssystem, kunne robuste, selvopprettholdende og termoregulerende klær oppnås," spår Huang og Li.

Fleksibel elektrokalorimodul

I sin studie bygde Wang og kolleger opp et lite stykke bærbart materiale ved å integrere en fleksibel solcelle på en fleksibel elektrokalorisk modul. Sistnevnte er en enhet som gjennomgår reversible temperaturendringer som respons på påførte elektriske felt.

Når den ble plassert i sollys, høstet solcellen mer enn nok energi til at elektrokalorimodulen kunne kjøle ned en brukers hud med opptil 10 grader i varmt vær. Eventuell overflødig energi kan lagres i et lite separat batteri. I mørket kan enheten byttes til oppvarmingsmodus og den lagrede energien brukes til å varme brukerens hud med så mye som tre grader. Til sammen kan enheten oppnå termoregulering gjennom en 24-timers periode.

Energieffektivt stoff hjelper brukere med å slå hetebølger og kulde

"Med sin utmerkede termiske styringsytelse, enkle bytte av termisk styringsretning og optimal temperaturkontroll, har Wangs team demonstrert klær som lar menneskekroppen tilpasse seg endringer i omgivelsestemperaturen," sier Huang og Li.

Ved å integrere denne teknologien i bærbare stoffer, håper Wangs team deres innovasjon kan føre til en ny generasjon praktiske, solcelledrevne klær som hjelper brukere med å tilpasse seg komplekse og utfordrende miljøer.

Med sin aktive termoregulering kan enheten tillate brukere å tåle brennhete ørkener, iskalde polare områder og mange klimaer med raske temperatursvingninger. Den kan til og med tilpasses for bruk i verdensrommet, hvor temperaturene blir ekstremt varme i direkte sollys, men stuper i skyggen.

"I tillegg til klær kan slike enheter brukes på kjøretøy og bygninger," legger Huang og Li til. "Det er mulig å forestille seg en fremtid med allværs termisk styring som ikke er begrenset av en energiforsyning og hvor ekstra innsamlet energi til og med kan drive elektroniske enheter under spesielle forhold."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/