Solcelledrevet stof køler om dagen og varmer om natten – Physics World

Solcelledrevet stof køler om dagen og varmer om natten – Physics World

Tidsstempel: 9. januar 2024 12:08
Kildeknude: 3052342


Solnedgang over en sø
Dag og nat: Når sollys aftager, kan stoffet skifte fra køling til opvarmning. (Med høflighed: Shutterstock/PK-Studio)

Forskere i Kina har afsløret et nyt koncept for soldrevet tøj, der kan regulere bærerens kropstemperatur. Skabt af Ziyuan Wang og kolleger på Nankai University, designet kombinerer elektrokaloriske enheder med state-of-the-art fleksible solceller. Holdet beskriver sin tilgang i et papir i Videnskab.

Termoregulerende tøj har til formål at holde kroppen på en sikker og behagelig temperatur i en lang række miljøer. Overordnet falder det i to kategorier, passiv og aktiv. Passiv termoregulering bruger materialer, der udnytter effekter, herunder absorption, stråling og den latente varme fra faseovergange for at holde deres bærere komfortable.

En vigtig fordel ved en passiv tilgang er, at en ekstern strømkilde ikke er nødvendig. Passiv termoregulering går dog normalt i én retning, hvor beklædningsgenstande enten har en kølende eller varmende effekt – men ikke begge dele.

Energiudfordring

Tovejs termoregulering opnås sædvanligvis ved hjælp af aktive materialer, der anvender mekanismer såsom kølevæskecirkulation og væskekanaler for at opnå hurtig opvarmning og afkøling. Disse systemer er normalt drevet af batterier, som tilføjer vægt og skal genoplades. I princippet kunne de dog også drives ved at høste energi fra Solen – men det har vist sig at være en væsentlig designudfordring.

"På grund af deres høje energiforbrug er det vanskeligt for aktive systemer at opretholde kontinuerlig termoregulering af den menneskelige krop i lang tid gennem bærbare, bæredygtige energiopsamlingsanordninger," Xingyi Huang og Pengli Li på Shanghai Jiao Tong University skriv i en kommentarartikel in Videnskab der ledsager Wangs papir.

For at tackle denne udfordring trak Wangs team af de seneste fremskridt inden for fleksible organiske solceller. I dag kan disse solceller opretholde høj konverteringseffektivitet, selv når de er forvredet til forskellige former.

"Hvis sådan en meget effektiv og fleksibel organisk solcelleenhed kunne integreres med et ordentligt termisk styringssystem, så kunne robust, selvbærende og termoregulerende beklædning opnås," forudser Huang og Li.

Fleksibelt elektrokalorisk modul

I deres undersøgelse opbyggede Wang og kolleger et lille stykke bærbart materiale ved at integrere en fleksibel solcelle på et fleksibelt elektrokalorisk modul. Sidstnævnte er en enhed, der gennemgår reversible temperaturændringer som reaktion på påførte elektriske felter.

Når den blev placeret i sollys, høstede solcellen mere end nok energi til, at det elektrokaloriske modul kunne afkøle en bærers hud med op til 10 grader i varmt vejr. Enhver overskydende energi kan opbevares i et lille separat batteri. I mørke kan enheden skiftes til opvarmningstilstand, og den lagrede energi kan bruges til at opvarme bærerens hud med så meget som tre grader. Alt i alt kan enheden opnå termoregulering gennem en periode på 24 timer.

"Med sin fremragende termiske styringsydelse, lette skift af den termiske styringsretning og optimale temperaturkontrol har Wangs team demonstreret tøj, der gør det muligt for den menneskelige krop at tilpasse sig ændringer i omgivende temperatur," siger Huang og Li.

Ved at integrere denne teknologi i bærbare stoffer håber Wangs team, at deres innovation kan føre til en ny generation af praktisk, soldrevet tøj, der hjælper bærere med at tilpasse sig komplekse og udfordrende miljøer.

Med sin aktive termoregulering kunne enheden give brugere mulighed for at udholde brændende ørkener, kolde polare områder og mange klimaer med hurtige temperatursvingninger. Det kunne endda tilpasses til brug i det ydre rum, hvor temperaturerne bliver ekstremt varme i direkte sollys, men styrtdykker i skyggen.

"Ud over tøj kan sådanne enheder anvendes på køretøjer og bygninger," tilføjer Huang og Li. "Det er muligt at forestille sig en fremtid med varmestyring i al slags vejr, der ikke er begrænset af en energiforsyning, og hvor ekstra opsamlet energi måske endda kan drive elektroniske enheder under særlige forhold."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden