Solarbetriebener Stoff kühlt tagsüber und wärmt nachts – Physics World

Forscher in China haben ein neues Konzept für solarbetriebene Kleidung vorgestellt, die die Körpertemperatur ihres Trägers regulieren kann. Erstellt von Ziyuan Wang und Kollegen bei Nankai UniversitätDas Design kombiniert elektrokalorische Geräte mit hochmodernen flexiblen Solarzellen. Das Team beschreibt seinen Ansatz in einem Papier in Wissenschaft.

Ziel der thermoregulierenden Kleidung ist es, den Körper in den unterschiedlichsten Umgebungen auf einer sicheren und angenehmen Temperatur zu halten. Im Großen und Ganzen lässt es sich in zwei Kategorien einteilen: passiv und aktiv. Bei der passiven Thermoregulierung werden Materialien verwendet, die Effekte wie Absorption, Strahlung und die latente Wärme von Phasenübergängen nutzen, um den Tragekomfort ihrer Träger zu gewährleisten.

Ein wesentlicher Vorteil eines passiven Ansatzes besteht darin, dass keine externe Stromquelle erforderlich ist. Die passive Wärmeregulierung verläuft jedoch normalerweise in eine Richtung, wobei Kleidungsstücke entweder eine kühlende oder wärmende Wirkung haben – aber nicht beides.

Energie-Herausforderung

Eine bidirektionale Wärmeregulierung wird normalerweise durch aktive Materialien erreicht, die Mechanismen wie Kühlmittelzirkulation und Fluidkanäle nutzen, um eine schnelle Erwärmung und Abkühlung zu erreichen. Diese Systeme werden in der Regel mit Batterien betrieben, die zusätzliches Gewicht verursachen und aufgeladen werden müssen. Im Prinzip könnten sie jedoch auch durch die Nutzung von Sonnenenergie angetrieben werden – dies hat sich jedoch als erhebliche Designherausforderung erwiesen.

„Aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs ist es für aktive Systeme schwierig, die kontinuierliche Thermoregulation des menschlichen Körpers über einen langen Zeitraum durch tragbare, nachhaltige Energiegewinnungsgeräte aufrechtzuerhalten“, sagen Xingyi Huang und Pengli Li Shanghai Jiao Tong Universität schreibe in a Kommentar Artikel in Wissenschaft das Wangs Artikel begleitet.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, nutzte Wangs Team die neuesten Fortschritte in der flexiblen organischen Photovoltaik. Heutzutage können diese Solarzellen eine hohe Umwandlungseffizienz beibehalten, selbst wenn sie in verschiedene Formen gebracht werden.

„Wenn eine so hocheffiziente und flexible organische Photovoltaikeinheit in ein geeignetes Wärmemanagementsystem integriert werden könnte, könnte robuste, autarke und thermoregulierende Kleidung entstehen“, prognostizieren Huang und Li.

Flexibles elektrokalorisches Modul

In ihrer Studie bauten Wang und Kollegen ein kleines Stück tragbares Material auf, indem sie eine flexible Solarzelle in ein flexibles elektrokalorisches Modul integrierten. Letzteres ist ein Gerät, das als Reaktion auf angelegte elektrische Felder reversible Temperaturänderungen erfährt.

Wenn die Solarzelle dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, gewinnt sie mehr als genug Energie, damit das elektrokalorische Modul die Haut des Trägers bei heißem Wetter um bis zu 10 Grad kühlen kann. Überschüssige Energie kann in einer kleinen separaten Batterie gespeichert werden. Bei Dunkelheit kann das Gerät in den Wärmemodus geschaltet werden und die gespeicherte Energie nutzen, um die Haut des Trägers um bis zu drei Grad zu erwärmen. Insgesamt kann das Gerät über einen Zeitraum von 24 Stunden eine Thermoregulierung erreichen.

„Mit seiner hervorragenden Wärmemanagementleistung, dem einfachen Umschalten der Wärmemanagementrichtung und der optimalen Temperaturkontrolle hat Wangs Team Kleidung demonstriert, die es dem menschlichen Körper ermöglicht, sich an Änderungen der Umgebungstemperatur anzupassen“, sagen Huang und Li.

Durch die Integration dieser Technologie in tragbare Stoffe hofft Wangs Team, dass ihre Innovation zu einer neuen Generation praktischer, solarbetriebener Kleidung führen könnte, die den Trägern hilft, sich an komplexe und herausfordernde Umgebungen anzupassen.

Mit seiner aktiven Thermoregulierung könnte das Gerät es seinen Trägern ermöglichen, sengende Wüsten, kalte Polarregionen und viele Klimazonen mit schnellen Temperaturschwankungen zu überstehen. Es könnte sogar für den Einsatz im Weltraum angepasst werden, wo die Temperaturen bei direkter Sonneneinstrahlung extrem heiß werden, im Schatten jedoch sinken.

„Über die Kleidung hinaus könnten solche Geräte auch an Fahrzeugen und Gebäuden angebracht werden“, fügen Huang und Li hinzu. „Man kann sich eine Zukunft des Allwetter-Wärmemanagements vorstellen, die nicht durch eine Energieversorgung begrenzt ist und in der die zusätzlich gesammelte Energie unter besonderen Bedingungen sogar elektronische Geräte antreiben könnte.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/